1

BAB 7INSTRUMENTASI NUKLIR

Instrumentasi merupakan pengetahuan dalam penerapan alat ukur dan

sistem pengendalian pada suatu sistem dengan menggunakan harga numerik

variabel besaran proses dan dengan tujuan agar parameter berada dalam batas

daerah tertentu atau mencapai tujuan kinerja yang diinginkan.Perkembangan

pengetahuan nuklir terus dipelajari dan memasuki dunia tidak hanya lewat perang

senjata militer tetapi terutama dalam menyusun strategi menyelesaikan masalah-

masalah kemanusiaan seperti kesehatan, pangan, energy, dan kemiskinan.

Penggunaan nuklir untuk pembangkit tenaga listrik, hasil samping reaksi ini

dalam proses industri, terapi radiologis dan penelitian radiokomia lainnya adalah

sebagai contoh pemanfaatan energi nuklir bagi peningkatan kesejahteraan

manusia (Noor, 2003).

Berbicara tentang nuklir, erat kaitannya dengan radiasi atau radioisotop.

Berdasarkan sifatnya, penggunaan radioisotop dibagi menjadi 6 kategori, yaitu

(Noor, 2003):

1. Pengaruh radiasi pengionisasian dengan bantuan sinar untuk pengaktifan reaksi.

2. Penyerapan radiasi oleh materi untuk industry

3. Penetapan umur benda-benda tertentu

4. Transformasi baterai termonuklir untuk sumber listrik pesawat ruang angkasa

5. Pelacak radioisotop dalam proses fisis dan biologis

6. Pemantauan kualitas lingkungan melalui pengukuran radioaktivitas alamiah dan

buatan.

7.1 Sistem Instrumentasi Nuklir

Pada gambar 1 dapat dilihat bahwa sistem instrumentasi dan kendali pada

reaktor

nuklir mengelola input-output ke dan dari reaktor yang bertujuan untuk dapat

menjamin

2

proses dalam reaktor dapat memberikan kinerja seperti yang diinginkan dan

memiliki tingkat keselamatan sesuai yang diharapkan. Untuk mendukung

penguasaan teknologi instrumentasi dan kendali pada reaktor nuklir secara

integratif, maka pada kegiatan perekayasaan instrumentasi dan kendali pada

reaktor riset dibangun jaringan. sistem digital ke reaktor nuklir bertujuan untuk

membuat sistem lebih efisien dengan performansi yang lebih tinggi.

Secara garis besar, instrumentasi nuklir terbagi atas (Noor,2003):

1. Sumber radiasi; dalam hal ini adalah radionuklidanya

2. Detektor

3. Prosessor

Detektor

Detektor merupakan alat utama dalam instrument nuklir. Detektot

diklasifikasikan berdasarkan fungsinya. Salah satu jenis detektor adalah detektor

ionisasi gas. Detektor ini merupakan salah satu detektor nuklir yang pertama kali

diperkenalkan dan masih digunakan hingga saat ini. Detektor ini memanfaatkan

hasil interaksi antara radiasi pengion dengan gas yang dipakai sebagai detektor.

Lintasan radiasi pengion di dalam bahan detektor dapat mengakibatkan

terlepasnya elektron-elektron dari atom bahan itu sehingga terbentuk pasangan ion

positif dan ion negatif. Karena bahan detektornya berupa gas maka detektor

radiasi ini disebut detektor ionisasi gas. Berikut adalah skema detector isian gas

(Anonim, 2010).

3

Detektor ionisasi gas berbentuk silinder yang diisi gas dan mempunyai dua

elektroda. Dinding tabung yang dipakai sebagai selubung gas sebagai elektroda

negatif (katoda). Kawat di tengah-tengah tabung berfungsi sebagai elektroda

positif (anoda). Kedua elektroda berfungsi sebagai keping-keping kapasitor.

Prossesor

Prossesor memiliki fungsi mengolah sinyal listrik dari detektor untuk memberikan

informasi sebanyak mungkin tentang radiasi yang dideteksi.

Kebutuhan akan instrumentasi nuklir semakin bertambah sehubungan

dengan makin meningkatnya penelitian dan pengembangan ilmu pengetahuan dan

teknologi nuklir di Indonesia serta makin luasnya aplikasi teknologi nuklir

memasuki berbagai bidang. Telah dilakukan penelitian dan pengembangan

pembuatan prototip peralatan instrumentasi nuklir sampai saat ini. Hasilnya

berbagai alat dari yang sederhana sampai yang rumit untuk berbagai keperluan

dan telah dipergunakan di Batan serta instansi lain. Seperti sistem spektroskopi

nuklir dengan pencacah nuklir, sistem kontrol dan regulasi daya reaktor, serta

instrumentasi untuk proteksi radiasi/keselamatan radiasi, untuk kedokteran nuklir,

penyelidikan dan pengujian untuk industri serta instrumentasi nuklir untuk

pendidikan dan pelatihan (MW, 2004).

Sistem spektroskopi nuklir dan pencacah radiasi berfungsi untuk

menyelidiki dan menganalisis suatu radioisotop atau sumber radiasi. Prosesnya

adalah ketika radiasi nuklir yang dipancarkan oleh suatu sumber kemudian

4

mengenai detektor akan dikonversikan menjadi pulsa elektronik yang tingginya

merupakan proporsi dari distribusi energi atau spektrum energi radiasi tersebut.

Jadi ketika dilakukan penatahan (scanning) tinggi pulsa dari detektor

menggunakan alat spektrometer diperoleh keluaran (output) yang memberikan

informasi yang detail. Sehingga dapat digunakan untuk mengidentifikasi

radioisotop yang belum diketahui dan dalam pencacahan dapat membedakan suatu

isotop yang tercampur dengan isotop lain.

Reaktor Nuklir

Instrumentasi nuklir yang lain adalah reaktor nuklir. Ada tiga jenis reaktor

nuklir dilihat dari tujuan penggunaannya. Pertama adalah reaktor yang digunakan

untuk tujuan penelitian yang lazim disebut reaktor penelitian (research reactor).

Kedua adalah reaktor yang dirancang untuk menghasilkan listrik yang lazim

disebut reaktor daya (power reactor) dan digunakan dalam Pembangkit Listrik

Tenaga Nuklir (PLTN). Ketiga adalah reaktor yang dirancang berperan ganda,

yaitu sebagai penghasil listrik (berperan sebagai reaktor daya) dan produksi bahan

bakar fisi (membiakkan bahan bakar nuklir) yang lazim dikenal sebagai reaktor

pembiak (breeder reactor) (Akhadi, 2000).

Salah satu jenis reaktor adalah Triga 2000. Sistem instrumentasi reaktor

Triga 2000 dibangun sebagai sistem instrumentasi berbasiskan mikrokomputer.

Walaupun sistem instrumentasi reaktor tersebut mempunyai mode pengoperasian

reaktor secara manual dan otomatis, tetapi kinerja seluruh sistem tersebut sangat

tergantung sepenuhnya pada kondisi normal dari komputer yang terlibat beserta

sistem jaringan (network) antar sub sistem yang tercakup dalam keseluruhan

sistem instrumentasi reaktor tersebut (Sudjatmi, dkk., 2006).

7.2 Pre Amplifier dan Amplifier

Dalam bidang teknologi nuklir banyak instrument yang mendukung dalam

berbagai keperluan penelitian, pendidikan, kedokteran, juga bidang industri

dan sebagainya. Spektroskopi nuklir berfungsi untuk analisa sumber radiasi

atau radioisotop dengan mengukur distribusi energinya, sedangkan amplifier

pada spektroskopi nuklir berfungsi sebagai pengolah pulsa keluaran dari

5

detektor sehingga dapat dibaca oleh penganalisa tinggi pulsa. Spektroskopi

nuklir mempunyai prinsip alat untuk mengetahui energi dari suatu sumber

radiasi seperti sumber alfa, beta dan gamma. Pada spektroskopi nuklir terdiri

dari : detektor, HV, pre-amplifier, amplifier, SCA/TSCA, pencacah (Counter

dan Timer). Amplifier atau spektroskopi amplifier mempunyai prinsip alat

sebagai penguatan dan pembentuk pulsa menjadi semi gaussian. Spektroskopi

amplifier terdiri dari : pull zero (penguat awal) dan differensiator, penguat, dc

restorer, filter complek, integrator dan base line restorer (BLR). Dan hasil yang

diharapkan pulsa keluaran pulsa unipolar dan bipolar, bila untuk pemilihan

detektor apa yang akan dipakai, maka keluaran pulsa unipolar bisa menggunakan

detektor semikonduktor dan pulsa bipolar biasanya menggunakan detektor

NaI(Tl), sehingga pada penelitian dan pembuatan alat ini detektor yang

digunakan detektor NaI(Tl). Detektor NaI(Tl) ialah salah satu jenis detektor

sintilasi yang bahannya sintilator dan digunakan untuk mengukur radiasi

gamma dan sinar-x. Dan detektor ini keunggulan dibandingkan dengan detektor

lain adalah efisiensinya tinggi oleh karena itu detektor ini merupakan pilihan

untuk digunakan dalam pengukuran radioaktivitas rendah (pengukuran

radiaktivitas lingkungan) dan keunggulan lainnya ialah kecepatan memproses

sebuah radiasi menjadi pulsa listrik. Sehingga dengan keunggulan-keunggulan

yang ada pada detektor ini kegunaan spektroskopi nuklir dapat berfungsi lebih

baik. Perancangan dan pembuatan alat ini digunakan untuk mengetahui suatu

unsur: alat yang akan dibahas pada penelitian ini ialah amplifier pada

spektroskopi nuklir sebagai penguat dan pembentuk pulsa dan yang ingin

dicapai pada penelitian dan pembuatan amplifier yaitu keluaran pulsa unipolar

dan pulsa bipolar. Peneliti bertujuan untuk membangun spektroskopi amplifier

yang bermanfaat teknologi sekarang ini dan pengembangan teknologi

kedepannya untuk lebih baik, meliputi : desain, kontruksi dan kualitasnya..

Dalam bidang teknologi nuklir banyak instrument yang mendukung dalam

berbagai keperluan penelitian, pendidikan, kedokteran, juga bidang industri

dan sebagainya. Spektroskopi nuklir berfungsi untuk analisa sumber radiasi

atau radioisotop dengan mengukur distribusi energinya, sedangkan

6

amplifier pada spektroskopi nuklir berfungsi sebagai pengolah pulsa keluaran

dari detektor sehingga dapat dibaca oleh penganalisa tinggi pulsa.

Preamplifier diletakkan sangat dekat dengan detektor karena  mengurangi distorsi

(gangguan) yang disebabkan oleh radiasi inti yang berinteraksi dengan detektor,

seperti gangguan noise (ribut). Contoh : noise listrik dari kabel, goncangan termal

random elektron dalam sirkuit, pelepasan elektron dari beberapa komponen sirkuit

yang tidak dikehendaki. Dan juga untuk menyiapkan bentuk dan kuat sinyal yang

dapat diolah oleh amplifier. Amplifier Berfungsi memperkecil rasio gangguan

kabel terhadap sinyal dan mencegah pulsa kedodoran (feel up) atau dengan kata

lain untuk menguatkan arus listrik.

7. 3 Pemilih Tinggi Pulsa dan Pengskala

Pemilih tinggi pulsa : untuk memilih pulsa yang akan dianalisis dan yang

dibuang. Diskriminator : alat pemilih tinggi pulsa.   Pemisah tinggi pulsa ; pulsa

yang telah melalui pemilih                tinggi pulsa maka dicatat skalanya (pen

skala). Prinsip dari pen skala : perangkat out put dari instrumental, berupa

komputer, display-display manual biasa. Perangkat output berada pada suatu

sistem instrumen.

7.4. Analisator Tinggi Pulsa

Dalam spektroskopi tenaga nuklir, analisis bentuk spektrum merupakan

hal yang sangat penting. Bentuk spektrum tersebut dapat diketahui dengan

menggambarkan distribusi tinggi pulsa atau jumlah cacah untuk setiap tinggi

pulsa tertentu. Untuk itu digunakan rangkaian Single Channel Analyzer (SCA) dan

juga beberapa elektronik pendukung yaitu penguat awal, penguat utama, pencacah

dan pewaktu.

Penganalisis tinggi pulsa merupakan bagian utama pada sistem

spektroskopi α, β maupun γ. Karena hanya pulsa dengan ketinggian tertentu

saja yang akan diteruskan ke pencacah. Penganalisa pulsa sendiri terdiri dari dua

macam yaitu penganalisa tinggi pulsa saluran tunggal atau Single Channel

Analyzer (SCA) dan penganalisa tinggi pulsa saluran ganda atau Multi Channel

7

Analyzer (MCA). Pemilih tinggi pulsa dinamakan diskriminator yaitu rangkaian

elektronik yang menahan atau membuang semua pulsa dengan amplitudo lebih

rendah daripada yang telah ditentukan. Alat ini merupakan bagian semua alat

pencatat pulsa yang memungkinkan pencatatan pulsa sejati dan pembuangan pulsa

nois. Amplitudo pulsa yang diperlukan untuk melewati tinggi pulsa dinamakan

kepekaan input rangkaian. Beberapa detektor yang sering digunakan

menghasilkan pulsa yang tingginya bergantung ada besarnya energi yang

dipindahkan pada detektor. Jika pulsa yang bergantung pada energi ini dapat

dibedakan menurut tinggi pulsa maka diperoleh spektrum energi.

Susunan suatu penganalisis tinggi pulsa tertera pada Gambar 2 di bawah

digunakan dua buah diskriminator. Diskriminator pertama dipasang untuk

menerima pulsa yang lebih kecil, misalnya setinggi E dan diskriminator kedua

dipasang untuk pulsa setinggi E + ∆E. Jadi pulsa kecil yang tidak dapat melalui

diskriminator bawah juga tidak akan dapat melalui diskriminator atas, sehingga

pulsa demikian tidak akan menghasilkan output ke dalam rangkaian

antikoinsidensi.

Gambar 2 Blok Diagram Penganalisis Tinggi Pulsa

7.5 Perangkat Out Put dan sirkuit konsidens

1. Mikrokontroler

Mikrokontroler sebagai suatu terobosan teknologi mikroprosesor dan mikrokomputer,

hadir memenuhi kebutuhan pasar (market need) dan tekologi baru. Sebagai teknologi

baru, yaitu semikonduktor dengan kandungan transistor yang lebih banyak namu hanya

membutuhkan ruang yang kecil serta dapat diproduksi secara massal (Dalam jumlah

8

yang banyak) membuat harganya menjadi lebih murah (dibandingkan mikroprosesor).

Sebagai kebutuhan pasar, mikrokontroler hadir untuk memenuhi selera industri dan

kebutuhan para konsumen akan kebutuhan dan keinginan alat- alat bantu bahkan

mainan yang lebih baik dan canggih.

Seperti mikroprosesor, sebuah mikrokontroler merupakan perangkat multiguna,

namun satu hal yang dimaksud adalah untuk mengambil data, melakukan kalkulasi

terbatas pada data, dan mengontrol lingkungannya berdasarkan kalkulasi tersebut.

Kegunaan utama mikrokontroler adalah untuk mengontrol operasi suatu mesin

menggunakan program yang tertanam dalam ROM dan tidak berubah selama waktu

kerja sistem [3].

Tidak seperti sistem komputer, yang mampu menangan berbagai macam program

aplikasi (misalnya pengolah kata, pengolah angka dan lain sebagainya), mkrokontroler

hanya bisa digunakan untuk suatu aplikasi tertentu saja (hanya satu program yang bisa

disimpan). Perbedaan lainnya terletak pada perbandingan RAM (Random Access

Memory)dan ROM (Read Only Memory). Pada sistem mikrokomputer perbandingan

RAM dan ROM-nya besar, artinya program kontrol disimpan dalam ROM (bisa masked

ROM atau Flash PEROM) yang ukuranya relatif lebih besar, sedangkan RAM

digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara, termasuk register –

register yang digunakan pada mikrokontroler yang bersangkutan.

2. DAC 0808

IC DAC 0808 adalah jenis D/A Converter yang mempunyai 8 bit masukan

dan dibangun dengan metode konversi rangkaian R-

2R ladder. Masukan dari data biner IC ini sesuai dengan gerbang (gate) TTL,

sehingga keluaran dari port standart melalui PIO, IC DAC 0808 ini mempunyai

konfigurasi dan blok diagram seperti pada Gambar 3.

9

Gambar 3 Susunan DAC Konversi 2-2R Ladder [5]

10

DAFTAR PUSTAKA

Akhadi, M., 2000, Sentuhan Tekhnik Nuklirdalam Produk Elektronik,(Online), (http://www.google.com), diakses tanggal 01 Oktober 2015.

Anonim, 2010, Deteksi Radiasi Nuklir, (Online), (http://www.google.com), diakses tanggal 31 Oktober 2015.

MW, 2004, Instrumentasi Nuklir Produk Batan,(Online), (http://www. suaramerdeka.com), diakses tanggal 31 Oktober 2015.

Noor, A., 2003, Pengantar Kimia Radiasi, Edisi keenam, Yayasan Mitra Sains Indonesia, Makassar.

Sudjatmi, K. A., Ilham, Y., Gayani, D., 2006, Sistem Instrumentasi dan Kendali Reaktor Triga 2000, 58(06).

Sunardi, J. dan Toto T. 2008. Rancang Bangun Linier Amplifier Untuk Spektroskopi Nuklir. Seminar Nasional IV SDM Teknologi Nuklir. ISSN 1978-0176

http://gonnabefine23.blogspot.co.id/2010/03/pesawat-gamma-camera.html diakses tanggal 30 Oktober 2015

https://fitrichemys08.wordpress.com/2011/04/20/4/ diakses tanggal 30 Oktober 2015

11

SOAL DAN PEMBAHASANSoal :

1. Apa yang dimaksud dengan fisi nuklir ?2. Apaksud dengan instrumentasi nuklir ?3. Jelaskan pentingnya analisator tinggi pulsa pada instrumentasi nuklir !4. Jelaskan perbedaab pre amplifier dan amplifier !5. Sebut hal penting mengenai nuklir !

Jawaban :1. fisi nuklir adalah reaksi nuklir saat nukleus atom terbagi menjadi bagian-

bagian yang lebih kecil (nuklei yang lebih ringan), yang seringkali menghasilkan foton dan neutron bebas (dalam bentuk sinar gamma), dan melepaskan energi yang sangat besar. Dua nuklei yang dihasilkan biasanya ukurannya sebanding, dengan rasio massa sekitar 3:2 untuk isotop fisil. Fisi yang biasanya terjadi adalah fisi biner, namun kadang-kadang (2 hingga 4 kali per 1000 peristiwa), tiga pecahan bermuatan positif dihasilkan dalam fisi ternari. Bagian terkecil dari ketiga nuklei ini ukurannya bervariasi antara sebesar proton hingga nukleus argon.

2. Instrumentasi nuklir merupakan pengetahuan dalam penerapan alat ukur dan sistem pengendalian yang digunakan pada perangkat nuklir pada suatu sistem dengan menggunakan harga numerik variabel besaran proses dan dengan tujuan agar parameter berada dalam batas daerah tertentu atau mencapai tujuan kinerja yang diinginkan.

3. Penganalisis tinggi pulsa merupakan bagian utama pada sistem spektroskopi α, β maupun γ. Karena hanya pulsa dengan ketinggian tertentu saja yang akan diteruskan ke pencacah. Penganalisa pulsa sendiri terdiri dari dua macam yaitu penganalisa tinggi pulsa saluran tunggal atau Single Channel Analyzer (SCA) dan penganalisa tinggi pulsa saluran ganda atau Multi Channel Analyzer (MCA). Pemilih tinggi pulsa dinamakan diskriminator yaitu rangkaian elektronik yang menahan atau membuang semua pulsa dengan amplitudo lebih rendah daripada yang telah ditentukan. Alat ini merupakan bagian semua alat pencatat pulsa yang memungkinkan pencatatan pulsa sejati dan pembuangan pulsa nois. Amplitudo pulsa yang diperlukan untuk melewati tinggi pulsa dinamakan kepekaan input rangkaian.

4. Preamplifier diletakkan sangat dekat dengan detektor karena  mengurangi

distorsi (gangguan) yang disebabkan oleh radiasi inti yang berinteraksi

dengan detektor, seperti gangguan noise (ribut). Contoh : noise listrik dari

12

kabel, goncangan termal random elektron dalam sirkuit, pelepasan

elektron dari beberapa komponen sirkuit yang tidak dikehendaki. Dan juga

untuk menyiapkan bentuk dan kuat sinyal yang dapat diolah oleh

amplifier. Sedangkan Amplifier Berfungsi memperkecil rasio gangguan

kabel terhadap sinyal dan mencegah pulsa kedodoran (feel up) atau dengan

kata lain untuk menguatkan arus listrik.

5. Berbicara tentang nuklir, erat kaitannya dengan radiasi atau radioisotop.

Berdasarkan sifatnya, penggunaan radioisotop dibagi menjadi 6 kategori, yaitu

(Noor, 2003):

Pengaruh radiasi pengionisasian dengan bantuan sinar untuk

pengaktifan reaksi.

Penyerapan radiasi oleh materi untuk industry

Penetapan umur benda-benda tertentu

Transformasi baterai termonuklir untuk sumber listrik pesawat

ruang angkasa

Pelacak radioisotop dalam proses fisis dan biologis

Pemantauan kualitas lingkungan melalui pengukuran radioaktivitas alamiah dan buatan.