## PENENTUAN TEGANGAN OPERASIONAL PADA DETEKTOR GEIGER MULLER DENGAN PERBEDAAN JARI-JARI WINDOW DETEKTOR

## F. Shoufika Hilyana
Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Elektro Universitas Muria Kudus Email: farah.hilyana@umk.ac.id

## ABSTRAK
Telah  dilakukan  penentuan  nilai  tegangan  operasional  detektor  isian  gas Geiger  Muller dengan  perbedaan jari-jari window nya.  Tegangan  operasional  didapatkan  dengan  melakukan  pencacahan  dengan  menggunakan tegangan  dari  0  Volt  sampai  1000  Volt.  Detektor Geiger  Muller yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  dengan perbedaan jari-jari window 13 mm; 18 mm; dan 20 mm. Hasil penelitian menunjukkan tegangan operasional untuk detektor dengan jari-jari 13 mm mendapatkan nilai 500V – 620V, detektor dengan jari-jari 18 mm menghasilkan nilai tegangan 700V – 820 V, dan detektor dengan jari-jari 20 mm mendapatkan nilai tegangan 900V – 1000V. Perbedaan  hasil  tegangan  operasional  pada  detektor Geiger  Muller dikarenakan  perbedaan  jari-jari window nya. Sehingga  dinyatakan  bahwa  semakin  besar  jari-jari window detektor Geiger  Muller ,  maka  semakin  besar  pula tegangan operasionalnya. Hal ini dipengaruhi oleh efek ukuran dari detektor, yaitu luas permukaan window detektor Geiger Muller, semakin luas atau besar diameter detektor Geiger Muller, maka semakin banyak pancaran sumber radiasi yang terdeteksi.
Kata kunci: tegangan operasional, geiger muller , jari-jari window .

## ABSTRACT
Determining  the  value  of  the  operating  voltages  detector  gas  fields  Geiger  Muller  has  been conducted to with different of radius its window. Operating voltages obtained by counting with use from voltage 0 Volt to 1000 Volt. Geiger Muller detector used in this study with different the radius window of 13 mm; 18 mm; and 20 mm. The results showed operating voltage for the detector with a radius of 13 mm to get the voltage of 500V - 620V, detector with a radius of 18 mm get the voltage of 700V - 820 V, and a detector  with  a  radius  of  20  mm  to  get  the  voltage  of  900V  -  1000V.  The  operating  voltages  result  is different in Geiger Muller detector due to differences in the radius window. So it is stated that the radius window  Geiger  Muller  detector  is  larger,  the  operational  voltage  is  greater.  This  is  influenced  by  the effect  of  the  detector  size,  the  surface  area  of  the  window  Geiger  Muller  detector,if    diameter  Geiger Muller detector is broader or larger, so the emission sources of radiation detected is more.
Keywords: operational voltage, geiger muller, window radius.

## 1. PENDAHULUAN
Pada  tahun  1928  dua  asisten  Laboratorium  Rutherford, Hans Geiger  dan W. Muller,  menghasilkan  teknik yang  berbeda  untuk  mendeteksi  partikel.  Mereka  menemukan  sesuatu  yang  disebut  detektor Geiger  Muller [1]. Detektor Geiger Muller adalah alat untuk mendeteksi radiasi  berdasarkan pasangan ion yang dibentuk di dalam tabung  yang  berisi  gas.  Detektor  isian  gas  yang  terlihat  pada  gambar  1,  biasanya  terdiri  dari  sebuah  tabung berdinding logam yang diisi dengan gas dan mempunyai kawat di tengahnya. Dinding tabung merangkap sebagai katoda sedang kawat sebagai anoda [2].
Pada penelitian Spatz, Operasi pencacahan pada Geiger Muller menyebabkan perubahan karakteristik kurva plateau ,  setelah  digunakan  kurva plateau dengan  segera  sedikit  meningkat,  dan  setelah  terus  digunakan  kurva plateau menjadi tajam. Perubahan pengamatan karakteristik kurva plateau karena dekomposisi dari gas detektor oleh  muatan  [3].  Dan  dalam  penelitian  Babak,  sumber  tegangan  tinggi  dirancang  untuk  menciptakan  tegangan nominal di anoda Geiger-Muller counter di tengah perhitungan tegangan karakteristik (sekitar 400V). Stabilisasi tegangan output dilakukan dengan membatasi amplitudo yang keluar pada sirkuit primer [4].
Detektor  isian  gas  prinsip  kerjanya  memanfaatkan  terjadinya  ionisasi  gas  isian  pada  medium  aktif  dalam detektor  akibat  adanya  interaksi  dengan  zarah  radiasi  maka  akan  timbul  pasangan  ion-elektron.  Dengan  adanya beda  potensial  pada  anoda  dan  katoda  maka  akan  timbul  medan  listrik,  sehingga  pasangan  ion-elektron  akan terpisahkan. Ion akan bergerak ke arah katoda dan elektron bergerak ke anoda [5].

## Gambar 2. Skema Detektor Geiger Muller [1]
Pencacahan yang terbentuk bergantung pada besar tegangan yang dikenakan pada detektor. Ketika tegangan yang terus dinaikkan tidak lagi ada kesebandingan dan tinggi pulsa tidak bergantung pada besar tenaga radiasi yang dideteksi,  daerah  ini  dinamakan  daerah Geiger  Muller. Daerah Geiger  Muller (gambar  2)  yang  dianggap  kurva plateau merupakan rentang tegangan dalam tabung pencacah gas.
Pada daerah I (Rekomendasi) , ketika tegangan yang dikenakan masih rendah, elektron dan ion positif yang terbentuk  akan  segera  bergabung  kembali.  Kalau  tegangan  terus  dinaikkan,  maka  kemungkinan  terjadinya penggabungan kembali elektron dan ion positif dapat diabaikan. Ion-ion yang sampai elektroda akan menghasilkan suatu sinyal pulsa. Daerah ini dinamakan daerah Ionisasi (II). Karena kenaikan tegangan, pada daerah III (daerah Proporsional)  elektron  yang  dibebaskan  akan  mempunyai  tenaga  gerak  yang  cukup  besar  untuk  mengakibatkan ionisasi sekunder, mengionkan atom-atom gas lainnya karena tumbukan. Hal ini menaikkan jumlah muatan yang dikumpulkan  pada  elektroda  dan  menaikkan  tinggi  pulsa  yang  dihasilkan.  Dalam  daerah  IV,  tegangan  terus dinaikkan  maka  tidak  ada  lagi  kesebandingan  dan  tinggi  pulsa  tidak  lagi  bergantung  besar  tenaga  radiasi  yang dideteksi.  Daerah  ini  dinamakan  daerah Geiger  Muller .  Di  atas  daerah Geiger  Muller ,  apabila  tegangan  terus dinaikkan maka akan terjadi lucutan listrik  secara terus menerus dalam tabung gas dan akibatnya detektor menjadi rusak [2].

## Keterangan gambar:
I (Daerah Rekomendasi), II ( Daerah Ionisasi), III ( Daerah Proporsional), IV (Daerah Geiger Muller)
Gambar 3. Kurva Plateau Antara Cacah Ion Terhadap Tegangan Dalam Detektor Isian Gas [6]
Daerah  tegangan  operasional  detektor Geiger  Muller disebut  daerah plateau .  Pada  daerah plateau ini kenaikan tegangan antara anoda dan katoda pada tabung detektor hampir tak mempengaruhi jumlah cacah yang dihasilkan.  Panjang  daerah plateau detektor Geiger  Muller mulai  dari  tegangan  ambang  sampai  pada  batas permulaan  tegangan  menyebabkan  terjadinya  lucutan  yang  terkendali.  Pada  penelitian  Feyves  dan  Haiman menghasilkan panjang daerah plateau detektor Geiger Muller adalah antara 50 sampai 300 Volt [7]. Daerah Geiger Muller mempunyai dua karakteristik penting, yaitu: banyaknya elektron yang diproduksi tidak dipengaruhi  oleh  tegangan  yang  diberikan,  dan  banyaknya  elektron  yang  diproduksi  tidak  dipengaruhi  oleh banyaknya elektron yang diproduksi oleh radiasi awal. Tegangan diberikan antara anoda dan katoda yang diatur sesuai dengan jenis gas dan aktivitas unsur yang diukur. Tegangan ini harus lebih tinggi daripada nilai ambang, yang  didasarkan  pada  gas  dan  geometri  tabung  [8].  Partikel  yang  dikaji  dapat  masuk  melalui  sebuah  kaca tipis/jendela mika yang disebut dengan window .  Partikel ini lalu menumbuk atom-atom gas sehingga atom-atom gas  akan  mengeluarkan  elektron-elektron.  Elektron  yang  terlepas  saat  tumbukan  ditarik  ke  anoda.  Karena melepaskan elektron, atom-atom gas berubah menjadi ion-ion positif yang kemudian ditarik ke arah katoda.
Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  penentuan  tegangan  operasional  pada  detektor Geiger  Muller dengan perbedaan  jari-jari window. Penentuan  ini  diharapkan  detektor  dapat  digunakan  secara  optimal  sesuai  dengan tegangan operasionalnya.
I II III IV Cacah ion yan g terben tu k ( cp s) Tegangan (V)

## 2. METODOLOGI PENELITIAN

## 2.1 Persiapan Alat
Penelitian  yang  dilakukan  pada  pengambilan  data  untuk  menentukan  tegangan  operasional  dari  detektor Geiger  Muller menggunakan  peralatan  eksperimen  seperti  yang  terlihat  pada  gambar  3.  Setelah  menyusun  alat tersebut,  dan  mengkalibrasi  skalameter  pada  nilai  nol,  maka  penelitian  sudah  dapat  dilakukan.  Detektor Geiger Muller yang digunakan dalam penelitian ini ada tiga jenis dengan perbedaan jari-jari window nya, yaitu dengan jari- jari:  13  mm;  18  mm;  dan  20  mm.  Skalameter  yang  digunakan  dalam  penentuan  tegangan  adalah  produksi  dari Harris Digicounter England dengan tegangan keluaran dari 240 Volt. Jarak antara detektor dengan sumber yang diberikan adalah 5 cm.
Gambar 4. Susunan Peralatan Eksperimen Untuk Menentukan Tegangan Operasional Pada Detektor Geiger Muller
Keterangan gambar:
1. Skalameter
2. Plat dengan jarak tertentu
3. Sumber radiasi
4. Papan Pelindung
5. Detektor Geiger Muller, dengan r = jari-jari window; dan d = jarak antara detektor dengan sumber.

## 2.2 Proses Pengambilan Data
Detektor  diposisikan  pada papan  yang sudah diatur jaraknya terhadap tempat  sumber atau background nya dan  menghubungkan  detektor  dengan  skalameter.  Kemudian  dilakukan percobaan  dengan  memvariasi  tegangan dari  300  Volt  sampai  1000  Volt  dengan  rentang  20  Volt.  Pemberian  tegangan  pada  masing-masing  detektor dilakukan  pada  jarak  5  cm  terhadap background dan  sumber  radiasi  dengan  waktu  10  detik  sebanyak  5  kali perulangan  untuk  didapatkan  nilai  rata-rata.  Hasil  pencacahan  dapat  dilihat  pada counter yang  terdapat  pada skalameter. Nilai tegangan operasional Geiger Muller ditentukan pada hasil pencacahan dengan nilai yang hampir sama dan membentuk garis lurus.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Tegangan operasioanl yang digunakan pada detektor Geiger Muller untuk melakukan pencacahan ion yang dibentuk oleh lintasan radiasi yang melalui detektor. Unsur radioaktif akan memancarkan partikel radiasi ke segala arah secara acak. Jadi partikel radiasi yang memancar dari inti belum tentu masuk ke dalam detektor dan belum tentu dapat tercacah oleh detektor. Sehingga dengan interval waktu yang sama (per menit) nilai cacah terkadang naik dan turun, untuk itu perlu adanya pencacahan ulang untuk menghasilkan nilai rata-rata dari cacah per menit. Pada tegangan rendah, detektor tidak akan dapat melakukan pencacahan, tetapi pada tegangan tinggi detektor akan melakukan pencacahan secara kontinu. Ketika detektor diberi sesuai tegangan operasionalnya, maka detektor akan bekerja  secara  optimal.  Sebuah  teknik  untuk  produksi  pencacah Geiger  Muller terpercaya  dijelaskan,  dalam penelitian Duffendack [9] dengan tegangan operasonal 400 Volt diproduksi.
Tabel 1 . Hasil pencacahan Sumber radiasi terhadap Background per 10 detik pada jarak 5 cm pada tiga detektor
No. Tegangan (Volt) Nilai Cacahan (cpm) Det.1 Nilai Cacahan (cpm) Det.2 Nilai Cacahan (cpm) Det.3 Back ground Sumber radiasi Sumber rad. thd BG Back ground Sumber radiasi Sumber rad. thd BG Back ground Sumber radiasi Sumber rad. thd BG 1 300 0 0 0 0
0 0 0 0 0 2 320 0 0 0 0 0
0 0 0 0 3 340 0 0 0 0 0 0 4,5 0 0 4 360 0 0 0 4,4 0 0 10,4 743,2 732,8 5 380 0 0 0 21,8 3,8 0 11,8 753,5 741,7 6 400 0 0 0 28,6 596,4 567,8 18,6 789,2 770,6 7 420 0 0 0 32,4 692,2 659,8 22,4 824,9 802,5 8 440 10,2 217,7 207,5 33 783,2 750,2 23 860,6 837,6 9 460 12,3 221,1 208,8 38 839,2 801,2 28 896,3 868,3 10 480 12,6 233,4 220,8 39 877 838 29 932 903 11 500 11,9 246,3 234,4 39,6 898,4 858,8 31,2 967,7 936,5 12 520 11,6 246 234,4 38,9 916,7 877,8 35,4 1003,4 968 13 540 11 247,3 236,3 40,8 932,9 892,1 37,6 1039,1 1001,5 14 560 12,3 248,7 236,4 40,4 958,7 918,3 40,4 1074,8 1034,4 15 580 12,7 248 235,3 41,2 961,2 920 41,2 1110,5 1069,3 16 600 11,6 249,1 237,5 47,2 1001,1 953,9 42,4 1146,2 1103,8 17 620 11,6 255,2 243,6 38,9 1003,4 964,5 46,7 1181,9 1135,2 18 640 11 267,1 256,1 40,2 1019,7 979,5 48,3 1217,6 1169,3 19 660 12,3 282,9 270,6 45,1 1137,8 1092,7 51,1 1253,3 1202,2 20 680 11 301,7 290,7 42,2 1156,3 1114,1 52,7 1289 1236,3 21 700 12,3 334,2 321,9 44,3 1178,1 1133,8 59,2 1324,7 1265,5 22 720 39,7 1179,6 1139,9 65,7 1360,4 1294,7 23 740 41,2 1179 1137,8 72,2 1396,1 1323,9 24 760 47,2 1176,9 1129,7 78,7 1431,8 1353,1 25 780 38,9 1175,7 1136,8 85,2 1467,5 1382,3 26 800 39,6 1181,2 1141,6 91,7 1503,2 1411,5 27 820 41,4 1174,5 1133,1 98,2 1538,9 1440,7 28 840 44,8 1330,6 1285,8 104,7 1574,6 1469,9 29 860 42,2 1434,3 1392,1 111,2 1610,3 1499,1 30 880 44,3 1538,7 1494,4 117,7 1646 1528,3 31 900 39,7 1542,2 1502,5 120,3 1734,1 1613,8 32 920 121,7 1729,9 1608,2 33 940 120,6 1731,2 1610,6 34 960 121,2 1732,7 1611,5 35 980 121,5 1733,8 1612,3 36 1000 120,8 1732,8 1612
Dari hasil penelitian dapat dilihat bahwa pada tegangan yang rendah, belum terjadi pulsa keluaran karena ion- ion  belum  mampu  ditarik  ke  anoda/katoda.  Bila  tegangannya  dinaikkan  sampai  cukup  tinggi,  artinya  dengan kenaikan tegangan akan menurunkan medan magnet yang akan menangkap elektron dari radiasi yang masuk, maka akan diperoleh pulsa keluaran yang dapat dideteksi oleh alat pencacah sebab semua ion dan elektron telah ditarik menuju anoda (elektron) dan menuju katoda (untuk ion positif). Tegangan operasi terpasang pada variasi tertentu akan didapat cacahan bervariasi pula. Untuk menentukan tegangan kerja detektor yang optimal adalah dengan cara mencari perbandingan cacahan sumber terhadap cacahan latar belakang yang terbaik [8].
Bagian kurva tegangan yang hampir datar atau menyerupai garis lurus, jumlah cacahannya disebut plateau atau  daerah plateau yaitu  daerah  yang  mendekati  nilai  konstan  dan  pada  grafik  ditunjukkan  dengan  garis mendatar/hampir  datar.  Daerah Geiger  Muller merupakan  daerah  dengan  tegangan  tertentu  yang  dapat mempercepat elektron primer membentuk elektron sekunder dari ionisasi gas dalam tabung. Tabung Geiger Muller memanfaatkan  ionisasi  sekunder  sehingga  setiap  tembusan  radiasi  akan  menghasilkan  pulsa  dan  tingginya  tetap sama dan tidak dipengaruhi oleh tenaga radiasinya. Oleh karena itu tabung Geiger Muller tidak dapat dipakai untuk mengukur spektrum energi. Bentuk plateau suatu tabung Geiger-Muller merupakan salah satu karakteristik tabung Geiger Muller . Daerah plateau merupakan daerah tegangan operasional detektor.

## Gambar 5. Hasil Pencacahan dari Ketiga Detektor
Keterangan: Detektor 1 = Detektor dengan jari-jari 13 mm Detektor 2 = Detektor dengan jari-jari 18 mm Detektor 3 = Detektor dengan jari-jari 20 mm
Detektor dengan jari-jari window nya 13 mm dan 18 mm sengaja dihentikan pada tegangan 700 Volt dan 900 Volt, karena sudah diketahui tegangan operasional yang didapatkan dan untuk menghindari lucutan listrik secara terus menerus dalam tabung gas dan mencegah detektor menjadi rusak. Tegangan operasional yang dihasilkan oleh ketiga detektor berbeda-beda. Berdasarkan hasil pencacahan dari ketiga detektor (gambar 4) dapat dilihat bahwa, pada detektor 1 dengan jari-jari 13 mm, hasil pencacahan mulai terdeteksi pada saat nilai tegangan 420 V, pada tegangan ini detektor mulai mendeteksi daerah rekomendasi yang seterusnya mengionisasi ketika tegangan 460 V – 480 V hingga mencapai daerah proporsional dan  mendapatkan hasil tegangan operasional Geiger Muller pada nilai 500 V – 620 V. Sedangkan pada detektor 2 dengan jari-jari 18 mm, hasil pencacahan mulai terdeteksi pada saat nilai tegangan 380 V, mulai mendeteksi daerah rekomendasi yang seterusnya mengionisasi ketika tegangan 460 V – 680 V hingga mencapai daerah proporsional dan  mendapatkan hasil tegangan operasional Geiger Muller pada nilai 700 V – 820 V. Dan untuk detektor 3 dengan jari-jari 20 mm, hasil pencacahan mulai terdeteksi pada saat nilai tegangan 340 V, mulai mendeteksi daerah rekomendasi yang seterusnya mengionisasi ketika tegangan 380 V – 860 V hingga mencapai daerah proporsional dan  mendapatkan hasil tegangan operasional Geiger Muller pada nilai 900 V – 1000 V.
Hasil tegangan operasional pada ketiga detektor tersebut berbeda, hal ini dikarenakan terdapat perbedaan pada jari-jari window detektor Geiger Muller . Dari hasil yang didapatkan dapat dinyatakan bahwa semakin besar jari-jari window detektor Geiger Muller , maka semakin besar pula tegangan operasionalnya. Hal ini dipengaruhi oleh efek ukuran  dari  detektor,  yaitu  luas  permukaan window detektor Geiger  Muller, semakin  luas  atau  besar  diameter detektor maka semakin banyak pancaran sumber radiasi yang terdeteksi.

## 4. KESIMPULAN
Hasil penelitian dalam menentukan tegangan operasional detektor Geiger Muller dengan perbedaan jari-jari window nya yaitu, tegangan operasional untuk detektor dengan jari-jari 13 mm mendapatkan nilai 500V – 620V, detektor dengan jari-jari 18 mm menghasilkan nilai tegangan 700V – 820 V, dan detektor dengan jari-jari 20 mm mendapatkan  nilai  tegangan 900V  –  1000V. perbedaan hasil tegangan operasional pada detektor Geiger Muller dikarenakan perbedaan jari-jari window nya. Sehingga dinyatakan bahwa semakin besar jari-jari window detektor Geiger  Muller ,  maka  semakin  besar  pula  tegangan  operasionalnya.  Hal  ini  dipengaruhi  oleh  efek  ukuran  dari detektor, yaitu luas permukaan window detektor Geiger Muller, semakin luas atau besar diameter detektor Geiger Muller maka semakin banyak pancaran sumber radiasi yang terdeteksi.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Jones, E., and Childers, R. (1999). Contemporary College Physics . New York: Mc Graw-Hill Companies,Inc.
[2] Susetyo,  W.  (1988). Spektrometri  Gamma  dan  Penerapannya  dalam  Analisis  Pengaktifan  Neutron . Yogyakarta: Gadjah Mada University Press.
[3] Spatz, W. D. B. 1943. “The Factors Influencing the Plateau Characteristics of Self-Quenching Geiger-Mueller Counters.” APS Physics Journals Archive 64, 7-8.
[4] Babak, S. 2014. “Radiation Monitoring of Environment Using Unmanned Aerial Complex.” The Advanced Science Journal 2014. 12, 41-44.
[5] Sayono, dan Sujitno, B.A.T. (2010). “Pengaruh Tekanan Gas Isian Argon-Etanol dan Argon-Brom Terhadap Unjuk Kerja Detektor Geiger-Mueller ”. Jurnal Iptek Nuklir Ganendra , 13. 2, 64-76.
[6] Krane, K. (1982). Fisika Modern . Alih Bahasa Hans J. Wospakrik. Jakarta: UI Press.
[7] Feyves, E. and Haiman, O. (1969). The Phycical Principles of Nuclear Radiation Measurement. Budapest: Academisi Kiado.
[8] Hendro dan Yahya M. N. 2014. Studi Karakteristik Detektor Sodium Iodide Dalam Pemanfaatannya Sebagai Segmented Gamma Scanner Limbah Radioaktif. Jurnal Teknologi Pengelolaan Limbah (Journal of Waste Management Technology) 17. 2, 13-20.
[9] Duffendack, O.S., Lifschutz, H., Slawsky, M.M. 1937. “ Production, Characteristics, and Reliability of Geiger-Müller Counters”. APS Physics Journals Archive 52, 12.