Laporan ATN Semen.docx

LAPORAN PRAKTIKUM APLIKASI TEKNIK NUKLIR ACARA : Penentuan Penentuan Komposisi Campuran Semen dan Pasir dengan Teknik Density Gauging

Disusun Oleh : Nama

: Ummu Azizah Hasibuan

Kelompok

:4

Prodi

: Teknokimia Nuklir

Asisten Praktikum

: Sugili Putra

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIR BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL YOGYAKARTA 2016

A. TUJUAN 1. Memahami aplikasi radiasi gamma dalam density gauging  2. Mengetahui komposisi dari material campuran semen pasir yang telah dibuat B. TEORI Sinar gama (seringkali dinotasikan dengan huruf Yunani gama, γ) adalah sebuah  bentuk berenergi dari radiasi elektromagnetik yang diproduksi oleh radioaktivitas atau  proses nuklir atau subatomik lainnya seperti penghancuran elektron-positron. Sinar gama membentuk spektrum elektromagnetik energi-tertinggi. Mereka seringkali didefinisikan bermulai dari energi 10 keV/ 2,42 EHz/ 124 pm, meskipun radiasi elektromagnetik dari sekitar 10 keV sampai beberapa ratus keV juga dapat menunjuk kepada sinar X keras. Penting untuk diingat bahwa tidak ada perbedaan fisikal antara sinar gama dan sinar X dari energi yang sama -- mereka adalah dua nama untuk radiasi elektromagnetik yang sama, sama seperti sinar matahari dan sinar bulan adalah dua nama untuk cahaya tampak. Namun, gama dibedakan dengan sinar X dari sumber mereka. Sinar gama adalah istilah untuk radiasi elektromagnetik energi-tinggi yang diproduksi oleh transisi energi karena percepatan elektron. Karena beberapa transisi elektron memungkinkan untuk memiliki energi lebih tinggi dari beberapa transisi nuklir, ada tumpang-tindih antara apa yang kita sebut sinar gama energi rendah dan sinar-X energi tinggi. Sinar gama merupakan sebuah bentuk radiasi mengionisasi; mereka lebih menembus dari radiasi alfa atau beta (keduanya bukan radiasi elektromagnetik), tapi kurang mengionisasi. Perlindungan untuk sinar γ membutuhkan banyak massa. Bahan yang digunakan untuk perisai harus diperhitungkan bahwa sinar gama diserap lebih  banyak oleh bahan dengan nomor atom tinggi dan kepadatan tinggi. Juga, semakin tinggi energi sinar gama, makin tebal perisai yang dibutuhkan. Bahan untuk menahan sinar gama biasanya diilustrasikan dengan ketebalan yang dibutuhkan untuk mengurangi intensitas dari sinar gama setengahnya. Misalnya, sinar gama yang membutuhkan 1 cm (0,4 inci) "lead" untuk mengurangi intensitasnya sebesar 50% jujga akan mengurangi setengah intensitasnya dengan konkrit 6 cm (2,4 inci) atau debut  paketan 9 cm (3,6 inci). Terdapat tiga interaksi utama sinar gamma dapat kehilangan energi ketika melewati suatu materi:

1. Efek Fotolistrik; yaitu foton dapat mentransfer seluruh energinya pada electron atomic materil penyerap 2. Hamburaan Compton; yaitu foton dating memberikan sebagian energinya pada electron atomic penyerap, foton baru yang muncul memiliki frekuensi yang lebih rendah. 3. Produksi Pasangan; yaitu foton dating yang berenergi sekurang-kurangnya 1.02 MeV dapat melakukan materialisasi menjadi pasangan electron-elektron ketika melewati dekat inti, kehadiran inti diperlukan supaya kekekalan momentum dipenuhi. Dalam semua kasus itu energi foton ditransfer pada electron yang diikuti dengan kehilangan energi terutama disebabkan oleh proses eksitasi atau ionisasi atom dalam  penyerap.Pada energi foton yang rendah, efek fotolistrik merupakan mekanisme utama dari kehilangan energi.Pentingnya efek fotolistrik berkurang dengan bertambahnya energi, diganti oleh hamburan Compton.Lebih besar nomor atomic penyerapnya, lebih tinggi pula energi ketika efek fotolistrik memegang peranan penting.Dalam unsur ringan, hamburan Compton berperan utama pada energi foton beberapa puluh keV, sedangkan pada unsure berat peranan utamanya baru terlihat pada energi 1 MeV.Produksi pasangan peluangnya lebih meningkat lebih besar energinya dari energi ambang 1.02 MeV.Lebih besar nomor atomic penyerapnya, lebih rendah ketika  produksi pasangan mengambil alih mekanisme utama dari kehilangan energi oleh sinar gamma.Dalam unsure terberat energi persilangn ini ialah sekitar 4 MeV, tetapi untuk unsure yang lebih ringan energi itu melebihi 10 MeV.Jadi sinar gamma dalam daerah energi yang biasa terjadi dalam peluruhan radioaktif berinteraksi dengan material terutama melalui hamburan Compton. Ketika sinar gamma melewati material, maka sebagian sinar gamma tersebut diserap oleh material. Intensitas dari sinar akan berkurang sesuai dengan formula: I=Io .e pangkat (-ux) dengan I0 adalah intensitas awal, x jarak lintasan sinar gama ( tebal medium penyerap ). Dari persamaan diatas dapat dicari hubungan antara tebal penyerap x yang diperlukan untuk mereduksi intensitas berkas sinar gamma menjadi harga tertentu dinyatakan dalam koefisien atenuasi, µ. Rasio antara intensitas akhir dengan awal adalah : I/ Io = e -ux ln( I/ Io) = e  – ux Pancaran radiasi yang datang dari dasar tangki akan diserap oleh volume zat cair yang diatasnya dan kemudian diteruskan ke detektor yang ada diatasnya. Bila volume zat cair di dalam tangki terisi penuh, radiasi yang ditangkap detektor akan lebih rendah. Sebaliknya kalau volume zat cair berkurang, radiasi yang ditangkap detektor akan lebih

1

tinggi. Hasil tangkapan radiasi oleh detektor kemudian diubah dan dikalibrasi oleh alat  pencatat dengan volume tangki yang sebenarnya. Mengingat bahwa sifat atenuasi bahan dapat dikaitkan dengan harga koefisien  penerapan massa suatu bahan ( μm ) yang besarnya sama dengan : μm =μ/ρ μm =μ/ρ Dengan catatan bahwa ρ adalah berat jenis suatu bahan, maka persamaan : I =I0.e-μx dapat diganti menjadi I =I0 e-(μm.Ρ)x Sehingga persamaan terakhir ini dapat juga diterapkan pada teknik density gauging atau  pengukuran berat jenis ( density ) suatu bahan. Prinsip Density Gauging Sampel diletakkan di antara detektor dan sumber radiasi. Berkas radiasi ditransmisikan melalui sampel dan diukur intensitas keluarannya oleh detektor. Intensitas radiasi yang diserap oleh sampel dapat menyatakan ketebalan atau densitas sampel tersebut. Penahanan Radiasi Penahanan radiasi bertujuan mengurangi intensitas radiasi dengan memanfaatkan interaksi radiasi dengan materi.Radiasi alpha dan beta dapat ditahan dengan baik oleh  benda yang relatif tipis.Sedang untuk radiasi beta yang berenergi tinggi, diperlukan  bahan penahan seperti halnya yang digunakan untuk menahan sinar-X.Pada radiasi  positron penahanan radiasi dilakukan hingga bebas radiasi.Untuk penahanan radiasi gamma berlaku hukum kuadrat terbalik.Sedang radiasi gamma yang merupakan radiasi langsung berkurang secara eksponensial terhadap tebal bahan penahan. Pengaruh radiasi gamma karena penyebaran pada bahan penahan perlu dikoreksi dengan menggunakan koefisien build up (build up factor). Radiasi neutron juga berkurang secara eksponensial terhadap tebal bahan penahan dan faktor koefisien build up juga dapat digunakan. Pada penahanan radiasi neutron termal, tebal materi dapat dikurangi apabila menggunakan materi yang memiliki tampang lintang tangkapan neutron yang  besar. Untuk menahan radiasi neutron cepat dapat digunakan cara penangkapan neutron setelah kecepatannya berkurang akibat hamburan elastis, tetapi radiasi gamma yang terpancar juga harus ditahan. Labirin sangat berpengaruh terhadap penahanan radiasi gamma.Penahanan radiasi ditujukan untuk mencegah paparan radiasi pada tubuh manusia dan kerusakan pada alat ukur radiasi.Prinsip penahanan radiasi adalah mengurangi intensitas radiasi yang didasarkan pada interaksi radiasi dengan materi, yaitu dengan mengubah energi radiasi menjadi energi panas sehingga paparan

2

radiasinya menjadi berkurang. Karena interaksi radiasi dengan materi berbeda menurut  jenis materi dan energi radiasi, maka cara penahanan yang digunakan juga berbeda. Umumnya intensitas radiasi dapat dikurangi dengan menambah tebal materi yang digunakan sebagai penahan. Selanjutnya akan diuraikan tentang penahanan radiasi yang  banyak dikenal, yaitu alpha, beta, gamma, sinar-X, dan neutron. Namun yang utama adalah uraian tentang penahanan radiasi gamma, sinar-X, dan neutron, yang mempunyai daya tembus besar terhadap materi. Beton penahan radiasi merupakankomponen struktur dari bagian bangunan  beton yang merupakan suatu system pengamanan yang diperlukan pada kegiatan yang  berhubungan dengan radiasi pengion dan radiasi neutron untuk melindungi kesehatan manusia dari penyinaran lebih yang membahayakan. Penentuan proporsi campuran yang paling baik adalah dengan perbandingan  berat (artinya dalam menentukan berapa jumlah pasir, semen, koral dan air bukan dengan satuan ember/volume, melainkan harus ditimbang untuk diketahu beratnya). Philosofi Pengunaan Material Di Dalam Campuran Beton : 1. Kandungan semen Semakin banyak semen yang akan anda gunakan, maka akan dihasilkan beton yang kuat dan baik. Penggunaan semen berbanding lurus dengan kekuatan beton. 2. Kandungan Air Semakin banyak air yang anda gunakan, maka beton yang anda hasilkan semakin jelek.Walaupun didalam pengerjaan beton jika air yang anda gunakan  banyak beton semakin mudah dikerjakan dan pekerjaan menjadi lebih ringan. 3. Campuran Air dan Semen atau Fakor Air Semen (biasa disingkat FAS) Semakin tinggi pernabdingan campuran air dan semen maka beton malah semakin jelek. Untuk meningkatkan mutu beton maka anda harus mengurangi  perbandingan air dan semen.Faktor air dan semen adalah perbandingan antara  berat air dibandingkan dengan berat semen Koefisien atenuasi massa  Mass attenuation coefficient menunjukkan seberapa mudahnya suatu volume material dapat ditembus oleh cahaya, suara , partikel atau energy dan materi lainnya. Selain cahaya tampak, koefisien atenuasi massa dapat didefinisikan  pada radiasi elektromagnetik lainnya. Satuan SI nya adalah m2  / kg.Satuan umum lainnya adalah cm2  / g .Sebutan lain untuk atenuasi massa ini adalah mass extinction coefficient .

 =  3

 Nilai koefisien ini bergantung pada jenis-jenis material seperti besi ,beton , timbal , dan lain lain. Nilai koefisien ini sudah tercantum dalam tabel maupun grafik dengan fungsi energy radiasi gamma yang datang. Untuk material beton ,grafik standar adalah :

C. ALAT DAN BAHAN 1. Alat a.Alat pencacah GM  b. Pinset c.Penggaris d.Cetakan plastic 6 cm x 6 cm x 0,5 cm 2. Bahan a. Standar campuran beton ( komposisi 1:2 –  1:5)  b. Sumber Co-60 c.Semen d.Pasir e.Air f. Sampel beton D. LANGKAH KERJA Pembuatan balok semen

4

1. Cetakan untuk semen disiapkan dengan ukuran 6 x 6 x 2 cm3  yang terbuat dari kardus 2. Dibuat komposisi campuran semen : pasir (1:2-1:5) yaitu dengan ditambahkan air secukupnya. 3. Campuran tersebut dimasukkan ke dalam cetakan dan ditunggu hingga mengeras (kering). Pencacahan

1. Balok-balok semen yang sudah mengering dihaluskan permukaannya sampai rata dengan menggunakan amplas atau kikir 2. Cacahan awal Io diukur dengan mencacah sumber co-60 tanpa penghalang. 3. Pengukuran I dilakukan dengan mencacah sumber co-60 menggunakan penghalang dari balok-balok semen yang sudah dibuat. 4. Densitas balok semen dihitung 5. Sampel yang tidak diketahui komposisinya juga dicacah dengan cara yang sama.

5

E. DATA PERCOBAAN

Sumber gamma = Co-60 Tanggal Pembuatan = November 2011 Aktivitas = 1 μCi Detektor = GM Tegangan = 760 Waktu cacah = 100

42 Background

39 43



Data cacahan sumber 1013 954 946 1002 1000

1:2 665 663 661 671 671

1:3 686 686 685 688 680

1:4 702 685 689 676 693

6

1:5 717 717 736 726 689

Sampel 680 688 680 -

F. PENGOLAHAN DATA a. Menentukan persamaan linier deret standar

Dengan menggunakan Hukum Lambert –  beer

 =  − Dengan

 =  . Sehingga

ln() = .. ln  = .  42+3+43 =0.68  3   3+4+4+2+  0.68 = 9.15  :    +3++7+7  0.68 = 5.98  :   

Rata-rata background

:

Cacah awal net Cacahan standar 1:2

Tabel penentuan densitas material:

Standar (semen:pasir) 1:2 1:3 1:4 1:5 Sampel

tebal 2 cm 2 cm 2 cm 2 cm 2.1 cm

Cps 6.66 6.85 6.89 7.17 6.82

Cps net 5.98 6.17 6.21 6.49 6.14

ln(i) 1.788 1.819 1.826 1.870 1.815

Jika ditampilkan dalam bentuk grafik:

Grafik Deret Standar 1.88 1.87 1.86 1.85

y = -0.2353x + 1.9011 R² = 0.8366

1.84     )    t    I     (    n     l

1.83 1.82 1.81 1.8 1.79 1.78 1.77 0

0.1

0.2

0.3 perbandingan komposisi

Persamaan linier Y = -0.235x + 1.901

C. menentukan komposisi sampel Y = -0.235x + 1.901 1.815 = -0.235 x + 1.901 X = 0.3667 Perbandingan semen dengan pasir yakni 1 : 2.75

1

0.4

0.5

0.6

G. Pembahasan Pada praktikum ini dilakukan pengukuran komposisi material dengan metode density gauging. Sumber radiasi yang digunakan ialah sumber radiasi gamma yakni Co-60. Pemilihan jenis radiasi berdasarkan daya tembusnya, karena pada prinsip density gauging ialah memanfaatkan daya tembus radiasi

terhadap material. Daya

tembus sinar gamma akan dipengaruhi oleh koefisien atenuasi (µ) yang nilainya spesifik untuk setiap material. Koefisien atenuasi (µ) merupakan fungsi densitas.

Dari hasil praktikum yang diperoleh bahwa semakin banyak massa pasir ditambahkan dalam campuran, maka hasil cacahan semakin meningkat. Hal ini disebabkan oleh  perubahan densitas mempengaruhi intensitas yang diteruskan. Secara teori semen dan  pasir memiliki perbedaan densitas yang cukup signifikan yakni 3210 kg/m3  dan 1400 kg/m3. Ketika komposisi semen semakin berkurang dan komposisi pasir bertambah maka akan terjadi penurunan densitas campuran. Berdasarkan hukum lamber-beer  bahwa intensitas yang diteruskan merupakan intensitas awal dikali dengan eksponensial koefisien atenuasi dikali ketebalan. Berdasarkan hukum tersebut bahwa intensitas yang diteruskan dipengaruhi oleh koefisien atenuasi (µ) dan ketebalan material, karena ketebalan material tetap maka dianggap sebagai konstanta. koefisien atenuasi (µ) merupakan koefisien atenuasi massa (µm) dikali densitas material (ρ). Koefisein atenuasi massa tetap karena pada pengkuran menggunakan sumber yang sama. sehingga densitas menjadi variabel yang mempengaruhi intensitas yang diteruskan. Dari hukum lambert-beer yang dilinieritas maka densitas berbanding terbalik dengan intensitas yang diteruskan. Peristiwa ini dapat dibuktikan dari data praktikum yang dibuat grafik perbandingan antara komposisi terhadap cacahan menghasilkan grafik yang linier. Grafik linier merupakan grafik standart, dengan memasukkan nilai cacahan  pada sampel maka dapat diperoleh komposisi semen dengan pasir di dalam sampel tembok. Komposisi semen dan pasir pada tembok yakni 1 : 2.75. Aplikasi densitas gauging dapat menentukan komposisi semen dan pasir di dalam plesteran. Hal ini sangat bermanfaat yang mana telah diketahui apabila

komposisi antara pasir dan semen tidak tepat maka akan mempengaruhi kekuatan mekanik dari bangunan. Selain itu, dengan teknologi ini analasis tidak merusak bentuk fisik dari bangunan dan dapat dilakukan dengan cepat.

H. Kesimpulan 1.

Saat radiasi gamma di tembakn ke permukaan bahan maka ada sebagian radiasi yang diteruskan. Intensitas radiasi yang diteruskan dipengaruhi oleh koefisien atenuasi (µ) yang nilainya spesifik untuk setiap material. Koefisien atenuasi (µ) merupakan fungsi densitas.

2. Komposisi antara semen dan pasir pada sampel 1 : 2.75

I. Daftar pustaka Basuki, Kris Tri. 2015. 5. ATN T. Gauging dan Radiografi.ppt

Yogyakarta, 31 Mei 2016 Asisten

Praktikan

Sugili Putra, ST., M. Sc.

Ummu Azizah Hasibuan

1