Disusun
oleh :
Nama
: Clara Sinta Saragih
Nim : 4123240004
M.Kuliah
: Pengantar Optik Modern
FORMATIF
1
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
T.A.2014/ 2015
DAFTAR ISI
DAFTAR
ISI............................................................................................................. i
BAB
I ISI ................................................................................................................. 1
1.1.Detektor
Sintilasi ………………………………………………….. 1
1.2 Defenisi Photomultiplier Tube.......................................................... 2
1.3 Karakterisasi Photomultiplier
Tube………………………………… 4
1.4
Kelebihan dan Kekurangan PMT………………………………..... 5
1.5.
Prinsip Kerja Photo Tube……………………………………......... 5
1.6. Pola Kerja Pemfotodarap
(PMT)………………………………….. 6
DAFTAR
PUSTAKA............................................................................................... 10
Photomultiplier
Tube
1.1.Detektor Sintilasi
Proses sintilasi adalah proses
perpendaran cahaya. Detektor sintilasi merupakan detektor yang dapat mengubah
radiasi menjadi suatu pendar cahaya. Pendar cahaya ini terjadi bila suatu bahan
aktif detektor dikenai radiasi. Peristiwa pemancaran cahaya ini disebut
sintilasi sedangkan bahannya disebut sintilator. Dilihat dari jenis bahan
pembentuknya, sintilator dibedakan menjadi dua macam yaitu sintilator organik
dan anorganik. Contoh sintilator anorganik adalah NaI(Tl), CsI (Tl)
dan ZnS(Ag). Sedangkan contoh sintilator organik antara lain antrasen,
naphtalen dan stilben.
Kristal NaI(Tl) mempunyai
diameter dengan ukuran 0,75 m dan ketebalan 0,25 m serta mempunyai densitas
sebesar 3,67 x 103 kg/m3. Emisi panjang gelombang maksimum kristal ini sebesar 410
nm dan efisiensi sintilasi sebesar 100 % serta mempunyai struktur Kristal fcc (face
centered cubic). Thallium (Tl) merupakan pengotor kristal dan
berfungsi sebagai pengaktif proses pendar cahaya
Proses
terbentuknya kelipan cahaya terjadi melalui dua proses yaitu flouresensi dan
fosforesensi. Yang pertama apabila elektron menyerap tenaga dan tereksitasi
lalu kembali lagi langsung ke keadaan dasar atau bias juga melalui keadaan
metastabil. Deeksitasi ini terjadi dalam waktu yang sangat singkat yaitu kecil
dari 10-8 detik dan disebut fluoresensi. Jenis pancaran yang kedua dapat
terjadi apabila suatu elektron yang berada dalam keadaan metastabil mendapat
tambahan tenaga dari luar akan pindah ke tingkat tenaga yang lebih tinggi, lalu
kembali ke keadaan dasar dengan memancarkan foton cahaya. Proses semacam
inidisebut fosforesensi dan terjadi dalam selang waktu 10-8 detik.
Detektor sintilasi selalu terdiri
dari dua bagian yaitu bahan sintilator dan photomultiplier. Bahan sintilator
merupakan suatu bahan padat, cair maupun gas, yang akan menghasilkan percikan
cahaya bila dikenai radiasi pengion. Photomultiplier digunakan untuk mengubah
percikan cahaya yang dihasilkan bahan sintilator menjadi pulsa listrik.
Mekanisme pendeteksian radiasi pada detektor sintilasi dapat dibagi menjadi dua
tahap yaitu :
a. proses
pengubahan radiasi yang mengenai detektor menjadi percikan cahaya di dalam
bahan sintilator.
b. proses
pengubahan percikan cahaya menjadi pulsa listrik di dalam tabung
photomultiplier
1.2.Defenisi
Photomultipier Tubes
PMT adalah suatu teknologi sensor yang
digunakan pada scanner drum high-end yang biasa digunakan pada
perusahaan percetakan berwarna. Scanner ini sangat mahal dan sulit untuk
digunakan. Device ini digunakan untuk memasukkan image ke
komputer sebelum ditemukannya komputer desktop. Pengguna dengan hati-hati
memasukkan image yang akan di-scan ke dalam drum berbentuk silinder, yang akan
diputar dengan kecepatan tinggi. Kemudian mesin akan bergerak secara mekanik
dengan sangat akurat untuk menyesuaikan letak sensor tersebut men-scan seluruh
image tersebut. Variasi ukuran output yang dapat dihasilkan scanner tersebut
didapat dengan cara menggerakkan carriage.
Scanner PMT memiliki dua sumber cahaya,
satu untuk memantulkan image asli dan yang satu untuk image dalam
bentuk transparan. Cahaya yang dideteksi oleh sensor dipisah ke dalam 3 sinar
yang akan melewati filter merah, hijau, dan biru yang akan masuk ke dalam
tabung. photomultiplier, di mana cahaya tersebut diubah ke dalam sinyal
elektrik.
Detektor jenis ini
tidak digunakan lagi dalam mesin CT-Scan modern. Detektor jenis ini hanya
merupakan tabung vakum yang besar yang tidak mampu secara langsung mengubah
sinar –X yang diredam menjasi sinyal elektrik yang berguna. Alat ini didesain
untuk merespon terhadap cahaya tampak. Sehingga, PMT harus benar-benar dibuat
sehingga terlindung dari semua sumber cahaya dari luar. Selain itu, alat ini
harus disambungkan secara mekanik dengan kristal scintillasi. Kristal ini mampu
menghasilkan cahaya tampak pada proporsi intensitas sinar-X yang mengenainya,
dan efisiensi dari keseluruhan alat ini hanya berkisar sekitar 50%. Jika
terjadi kebocoran cahaya, atau sambungan dengan kristal tidak benar, maka
efisiensi akan menurun, dan jika ini terjadi, alat ini harus diganti.
|
Elektron-elektron
sekunder yang dihasilkan dinode pertama akan menuju dinode kedua dan
dilipatgandakan kemudian ke dinode ketiga dan seterusnya sehingga elektron yang
terkumpul pada dinode terakhir berjumlah sangat banyak. Dengan sebuah kapasitor
kumpulan electron tersebut akan diubah menjadi pulsa listrik.
Apabila
radiasi gamma memasuki tabung detektor maka akan terjadi interaksi radiasi
gamma dengan bahan detektor. Interaksi itu dapat menghasilkan efek fotolistrik,
hamburan compton dan produksi pasangan. Karena reaksi ini maka
elektron-elektron bahan detektro akan terpental keluar sehingga atom-atom itu
berada dalam keadaan tereksitasi. Atomatom yang tereksitasi akan kembali ke keadaan
dasarnya sambil memancakan kerlipan cahaya. Cahaya yang dipancarkan itu
selanjutnya diarahkan ke foto katoda sensitif. Apabila foto katoda terkena
kerlipan cahaya, maka dari permukaan foto katoda itu akan dilepaskan elektron.
Antara
foto katoda dan anoda terdapat dinoda-dinoda yang diberi tegangan tinggi dan
diatur sedenikian rupa sehingga tegangan dinoda yang di belakangnya selalu
lebih tinggi daripada tegangan dinoda di depannya. Perbedaan tegangan antara
dinoda kira-kira 100 volt. Elektron yang dilepaskan oleh fotokatoda akan
dipercepat oleh medan listrik dalam tabung pelipat ganda elektron menuju dinoda
pertama. Dalam proses tumbukan antara elektron dan dinoda akan dilepaskan
elektron-elektron lain yang kemudian dipercepat menuju dinoda kedua dan seterusnya.
Dinoda terakhir yang terdapat dalam tabung pengganda elektron berupa anoda.
Hasil
akhir jumlah pelipatan elektron tergnatung pada jumlah dinoda. Tabung pelipat
ganda elektron yang mempunyai 10 tingkat dinodamisalnya, pada anoda (dinoda
terakhir yang sekaligus berperan sebagai pelat pengumpul elektron) bisa
didapatkan faktor penggandaan elektron antara 107-108. Dengan demikian, sinar
gamma yang dideteksi akan menghasilkan
pulsa listrik sebagai keluaran dari detektor NaI(Tl). Tenaga elektron yang
dilepaskan ini bergantung pada intensitas sinar gamma yang mengenai detektor.
Makin tinggi energi elektron, makin tinggi pula pulsa listrik yang
dihasilkannya, sedang makin banyak elektron yang dilepaskan, makin banyak pula
cacahan pulsanya. Pulsa listrik dari detektor akan diproses lebih lanjut oleh
penguat awal dari peralatan elektronik berupa penganalisis saluran ganda (MCA)
sehingga pada layar penganalisis itu dapat ditampilkan spektrum radiasi gamma
yang ditangkap oleh detektor. Data tampilan spektrum gamma pada layar penganalisis
dapat dipakai untuk analisis spektrometri gamma baik secara kuantitatif maupun
kualitatif.
Detektor
sintilasi NaI(Tl) memiliki efisiensi yang cukup baik untuk radiasi gamma.
Kerlipan cahaya yang dipancarkan dari bahan pemendar memiliki panjang gelombang
sekitar 4200 angstrom pada temperatur kamar dengan waktu peluruhannya 0,25
mdetik. Waktu peluruhan ini merupakan waktu yang diperlukan untuk memancarkan
sekitar 63 % dari cahaya foton yang disimpan oleh bahan detektor. Kadar Talium
sebanyak 0,1 % akan menghasilkan efisiensi detektor yang lebih besar dengan
menurunnya temperatur.
Karakteristik
dari detektor NaI(Tl) ini, adalah:
a. Memiliki pancaran kerlipan cahaya yang
tinggi dari energi radiasi yang tersimpan dalam bahan detektor;
b. Memiliki nomor atom (Z) yang tinggi
karena adanya atom Iodine (I):
c. Bahan pemendar padat dengan rapat jenis
sebesar 3,57 gr/cm3 memiliki kemungkinan interaksi per cm yang cukup tinggi,
Untuk
pencacahan beta, dapat dengan cara melarutkan sampel pada bahan sintilator
toluenen,, hal ini dapat meningkatkan efisiensi pencacahan sebesar 100 %.
1.3.Karakterisasi Photomultiplier Tube
Tabung photomultiplier terbuat
dari tabung hampa yang kedap cahaya dengan photokatoda yang berfungsi sebagai
masukan pada salah satu ujungnya dan terdapat beberapa dinode untuk
menggandakan electron seperti terdapat pada gambar 5. Photokatoda yang
ditempelkan pada bahan sintilator, akan memancarkan elektron bila dikenai
cahaya dengan panjang gelombang yang sesuai. Elektron yang dihasilkannya akan
diarahkan, dengan perbedaan potensial, menuju dinode pertama. Dinode tersebut
akan memancarkan beberapa elektron sekunder bila dikenai oleh elektron.
Karakteristik dari PMT adalah:
·
Memanfaatkan efek fotoelektrik
·
Foton dengan nergi lebih tinggi dari workfunction melepaskan
elektron dari permukaan katoda
·
Elektron dikumpulkan (dipercepat) oleh anoda dengan tegangan
(tinggi)
·
Multiplikasi arus (elektron) diperoleh dengan dynode
bertingkat
·
Katoda dibuat dari bahan semi transparan
Biasanya bahan dasar photocathoda dari
PMT adalah
a.
Ag-O-C e.
Bialkali (Sb-K-C, Sb-Rb-Cs)
b.
Gaas: Cs f.
Suhu bialkali Tinggi (Na-K-Sb)
c.
InGaAs: Cs g.
Multialkali (Na-K-Sb-C)
d.
Sb-C h.
Solar-buta (Cs-Te, C-I)
1.4.Kekurangan dan Kelebihan PMT
Adapun
keuntungan dan kerugian menggunakan PMT. keuntungan menggunakan PMT adalah:
ü Sangat sensitif, dapat digunakan
sebagai penghitung pulsa
ü Pada beban resistansi rendah 50-1000 W,
lebar pulsa tipikal 5-50 ns
ü Gunakan peak detektor untuk mengukur
tingat energy
Sedangkan kerugian menggunakan PMT adalah:
ü Mudah rusak bila terekspos pada cahaya
berlebih (terlalu sensitif)
ü Perlu catu tegangan tinggi
ü Mahal
1.5.
Prinsip Kerja Photomultiplier Tube
Prinsip
kerja detektor kelipan ditunjukkan pada Gambar 3. Radiasi memasuki detektor
sehingga mengakibatkan elektron atom – atom penyusun material detektor
tereksitasi. Ketika kembali ke keadaan dasarnya, elektron orbit memancarkan
cahaya. Cahaya ini akan menumbuk katoda yang permukaannya dilapisi
photosensitive yang biasanya terbuat dari antimony dan cesium. Akibatnya katoda
akan menghasilkan paling sedikit sebuah elektron tiap photon yang mengenainya
melalui mekanisme efek photolistrik. Di belakang katoda terdapat tabung
pegganda elektron yang dinamakan photomultiplier tube PMT yang terdiri atas beberapa
elektroda yang dinamakan dynode yang masing – masing dihubungkan dengan
tegangan listrik searah yang secara progresif bertambah besar. Karena antara
dynode pertama dengan photocatode terdapat medan listrik, maka photoelektron
akan dipercepat geraknya oleh medan listrik menuju dynode pertama. Elektron
yang dipercepat ini memiliki energi yang cukup untuk mengeluarkan elektron –
elektron dari dynode pertama. Untuk sebuah photoelektron yang mengenai dynode,
bergantung pada efisiensi PMT, akan menghasilkan sekitar 10 buah elektron
sekunder. Elektron sekunder ini diarahkan geraknya sehingga dipercepat oleh
medan listrik antara dynode kedua dengan pertama sehingga dari dynode kedua
dihasilkan elektron tersier yang jumlahnya berlipat. Proses seperti ini diulang
– ulang sampai akhirnya elektron yang keluar dari dynode terakhir mampu
menghasilkan arus keluaran yang besarnya lebih dari sejuta kali dibandingkan
arus yang keluar dari katoda. Arus ini masih berupa pulsa muatan sehingga belum
dapat dianalisa. Pulsa keluaran PMT dimasukkan ke penguat muka preamplifier dan
sinyal yang keluar dari penguat muka sudah dalam bentuk pulsa tegangan dalam
orde milivolt
1.6.Pola Kerja Pemfotodarap (PMT)
Untuk
mendeteksi level-level cahaya yang sangat rendah, dalam kebanyakan pemakaian
diperlukan penguatan khusus bagi arus cahaya. Pemfotodarap atau alat
menggandakan cahaya (photomultiplier), menggunakan emisi sekunder untuk
memberikan penguatan arus diatas faktor 106 dan berarti menjadi sebuah detektor
yang sangat bermanfaat bagi level cahaya yang rendah.
Dalam sebuah pemfotodarap,
elektron yang dipancarkan oleh fotokatoda diarahkan secara elektrostatik ke
sebuah permukaan pancar sekunder yang disebut dynoda. Jika pada dynoda
ini diberikan tegangan kerja yang sesuai, tiga sampai enam elektron sekunder
dipancarkan untuk setiap elektron primer yang menumbuk dynoda. Elektron
sekunder ini difokuskan ke sebuah dynoda kedua dimana proses berulang. Dengan
demikian pancaran katoda semula digandakan beberapa kali.
Gambar di samping memperlihatkan
sebuah pemfotodarap beserta sepuluh dynoda. Dynoda terakhir (ke-10) disusul
oleh anoda yang mengumpulkan elektron dan dalam kebanyakan pemakaian bekerja
sebagai elektron keluaran sinyal.
Pemfotodarap
linear pada Gambar di samping (juga dikenal sebagai tabung Matheson)
memiliki struktur sangkar pemusat (pemfokus) yang dirancang secara khusus
dengan permukaan efektif yang besar untuk pengumpulan elektron cahaya pada
dynoda pertama. Tabung Matheson ini menggunakan sebuah katoda lengkung dan
cincin-cincin annular untuk pemusatan elektron-elektron cahaya secara
elektrostatik. Kontruksi ini memperlihatkan pengumpulan foto-elektron yang
sangat efektif dan juga waktu peralihan yang sangat pendek (respons frekuensi
tinggi).
Penguatan
pemfotodarap bergantung pada jumlah dan sifat-sifat bahan dynoda. Untuk sebuah
tabung khas dengan sepuluh dynoda seperti diperlihatkan pada Gambar 2.8,
penguatan ini akan erada dalam orde 106
dengan pemberian tegangan sebesar 100 V setiap tingkatan (dalam hal ini akan
diperlukan sumber tegangan 1000 V). Respons spektral dapat dikontrol oleh bahan
katoda dan dynoda. Keluaran pemfotodarap adalah linear, serupa dengan keluaran
tabung cahaya vakum.
Medan-medan magnetik
mempengaruhi penguatan pemfotodarap sebab sebagian elektron mungkin dibelokan
dari lintasan normalnya diantara tingkatan-tingkatan, dan dengan demikian tidak
pernah mencapai sebuah dynoda atau akhirnya anoda. Dalam pemakaian alat cacah
kelipatan efek ini bisa mengganggu, dan untuk ini pelindung magnetik logam-mu
sering dipasang sekeliling pemfotodarap.
DAFTAR
PUSTAKA
Amalia,
Desi dan Munir.2001.Pengaruh Perubahan
Tekanan Tinggi Tabung Photomultiplayer (PMT) Terhadap AMplitudo Keluaran
Detektor NaI(Tl).UNDIP:Semarang
Anonym.2010.Alat Ukur Radiasi.
Santoso,
Budi wiranto.2011.Desain Dasar Pernagkat
Scintigraphy.Jakarta:
Pusat Rekayasa Perangakat Nuklir
Santoso,
Budi and Leli.2011.Perekayasaan Sistem
Deteksi Perangkat Scintigraphy Menggunakan PSPMT.Jakarta : Pusat Rekayasa
Perangkay Nuklir
Tidak ada komentar:
Posting Komentar