Pengukuran radioaktivitas merupakan salah satu di antara berbagai kegiatan yang harus dilakukan oleh para insinyur. Pengukuran ini kian penting dan kian banyak juga penerapannya. Dalam hal ini kita bahas beberapa pengukuran yang telah mendapat penerapan secara luas, dan akan ditunjukkan pula peranti-peranti yang digunakan untuk pengukuran ini.
DETEKSI RADIASI TERMAL
Pengukuran radiasi termal pada dasarnya merupakan pengukuran fluks energi radiasi. Deteksi fluks-energi ini dapat dilaksanakan dengan melakukan pengukuran atas suhu sebuah bilah logam tipis yang dikenakan radiasi. Bilah ini biasanya dikelamkan supaya dapat menyerap sebagian besar daripada radiasi yang menimpanya; dan dibuat setipis mungkin untuk menimumkan kapasitas kalornya, sehingga dengan demkian di dapatkanlah karakteristik transien yang paling di kehendaki. Skema detektor radiasi termalbisa di tunjukkan pada gambar di bawah ini. Suhu yang dicapai unsur itu bukan hanya merupakan fungsi energi radiasi yang diserap, tetapi juga bergantung pada rugi konveksi ke lingkungan, dan juga konduksi kedudukan. Rugi konveksi unsure itu dapat dikurangi dengan mengurung detektor itu di dalam suatu sistem vakum yang diberi jendela seperlunya untuk menyalurkan radiasi. Karakteristik transmisi-inframerah beberapa bahan digunakan sebagai jendela diberikan pada gambar dibawah ini. Rugi konduksi dapat dikurangi dengan menggunakan bahan isolasi sebagaimana mestinya.
Untuk mendeteksi suhu unsur peka-radiasi yang dihitamkan itu, kita dapat menggunakan termokopel atau termopil. Termopil lebih menguntungkan karena keluaran tegangannya tinggi. Berbagai metode konduksi yang cerdik telah diciptakan orang untuk termokopil itu; contoh komersialnya terlihat pada gambar di bawah ini. Gambar termokopil yang diperbesar itu menunjukkan bagaimana pasangan-sambungan yang dihitamkan itu dilelilingi oleh gelang annulus yang terbuat dari mika, yang berfungsi sebagai isolasi listrik dan termal. Termopil itu mencatat perbedaan suhu antara sambungan panas dan suhu sekitar yang melingkupi detektor itu. Lensa di depan peranti itu memfokuskan radiasi pada sopil. Untuk mendapatkan kompensasi suhu-sekitar antara 50 dan 2500 F, (10 sampai 1210 C) digunakan rangkaian-rangkaian khusus.
Radiasi termal dapat pula diindra dengan bolometer logam yang terbuat dari sebuah kepingan lembaran-tipis logam yang dihitamkan, umpamanya platina. Suhu lembaran-tipis itu ditunjukkan oleh perubahan-tahanan yang disebabkan oleh perubahan suhu. Untuk mengukur tahanan, digunakan suatu rangkaian jembatan.
Sebagai detektor radiasi-termal biasanya digunakan termistor; gambar potongan peranti-deteksi komersial terlihat pada gambar di bawah ini;
Peranti terdiri dari dua buah termistor yang ditempatkan kotak detektor. Kotak itu ditutup dengan suatu jendela kaca yang mempunyai karakteristik transmisi yang memuaskan. Di antara kedua transmistor itu , sebuah dikenai radiasi yang akan diukur , sedang yang satu lagi terlindung dari radiasi ini. Unsur yang dilindungi dengan perisai ini dihubungkan dengan rangkaian sehingga dapat memberikan kompensasai terus-menerus terhadap suhu kotak detektor. Skema radiometer komersial yang menggunakan detektor termistor terlihat pada gambar di bawah ini ;
Radiasi masuk difokuskan dengan sistem cermin ke detektor termistor itu. Sebuah pemenggal yang digerakkan motor memotong radiasi ini sehingga terjadi sinyal bolak-balik yang dapa dengan mudah diperkuat. Sinyal yang diperkuat itu kemudian diratakan untuk menghasilkan tegangan keluaran yang sebanding dengan fluks radiasi yang menimpa detektor termistor itu. Dalam sistem ini cermin-cermin itu dapat diatur sedemikian rupa sehingga system optic itu dapat difokuskan ke bidang sempit yang luasnya sampai sekecil 1 mm2. Untuk ini digunakan cermin yang dapat digerak-gerakkan dan lampu pemfokus. Sistem ini sangat peka, dan bahkan digunakan untuk deteksi radiasi dari sumber-sumber dekat suhu kamar.
Kalibrasi detektor radiasi-termal dilakukan secara langsung, yaitu dengan mengukur keluarannya sebagai fungsi suatu radiasi yang diketahui, yang berasal dari benda-hitam yang suhunya diubah-ubah. Contoh sumber benda hitam itu adalah seperti padagambar di atas. Lubang kerucut dibuat dari bahan berkonduktivitas tinggi, umpamanya aluminium atau tembaga, dan permukaan dalamnya dihitamkan. Suhu lubang itu dipelihara denagn suatu pemanas listrik, dan ditunjukkan serta dikendalikan denagn termistor atau thermometer tahanan listrik. Sekat-sekat yang dipasang dekat bukaan itu mencegah radiasi liar dari lingkungan, yang mungkin mempengaruhi keluaran radiasi dari lubang. Konstruksi terperinci standar-standar benda hitan dibahas oleh Marcus (9). Patut dicatat bahwa lubang-lubang seperti yang dibahas di atas dapat memberikan emisivitas efektif dalam jangkau 1% dari kondisi benda hitam.
Perbandingan antara karakteristik transien dan ambang energi untuk tiga jenis penerima radiasi termal diberikan pada tabel 12-1 di bawah ini menurut rujukan (2). Nilai ambang energi ialah energy minimum yang bias dideteksi dengan piranti itu.
Tabel 12-1 Karakteristik penerima termal
| Jenis | Waktu respons | Ambang energi,W |
| Termokopel | 0,2 s | 3,0 x 10-4 |
| Bolometer termistor | 3,0 ms | 7,2 x 10-8 |
| Bolometer logam | 4,0 ms | 3,3 x 10-8 |
Detektor radiasi fotokonduksi telah dibahas dalam bagian di atas dan karakteristik espons beberapa pengindra praktis telah kita catatkan pula. Untuk deteksi radiasi dalam jangkau 1 sampai 4 μm banyak digunakan sel timbal-sulfida.
Contoh 12.1
Sebuah detektor bolometer radiasi termistor tertentu mempunyai karakteristik sedemikian rupa untuk menghasilkan ratio sinyal derau sebesar satu diperlukan daya masukan minimum sebesar 10-8 W. umpamakan detektor itu hitam sempurna dan ditempatkan pada jarak 1,0 m dari benda hitam sumber radiasi. Hitunglah suhu sumber itu yang diperlukan untuk menghasilkan ratio sinyal derau 10, andaikan detektor dan lingkungan dijaga pada 200 C. Sumber itu adalah sebuah bola hitam, diameternya 5,0 cm; dan luas detektor 1 mm2.
Energi netto yang diserap ialah;
q = σA ( T4 – 2934) ( 2,5/100)2
di mana A ialah luas detektor. Untuk ratio sinyal-derau 10, daya masukan harus 10 x 10-8 = 10-7 W = q.
Jadi, - 2934 = = 2,82 x 109
Ts = 317,7 K = 44,70 C
Tidak ada komentar:
Posting Komentar