Detektor Sintilasi

Ada bermacam-macam bahan yang dapat memancarkan kelipan cahaya (scintilation) apabila berinteraksi dengan sinar gamma, partikel alpha dan partikel beta. Benda yang demikian disebut sintilator, bisa dalam bentuk padat atau cair. Berdasarkan proses kelipan tersebut benda demikian dapat digunakan sebagai detektor sinar radioaktif dan disebut sebagai detektor sintilasi (scintillation detector). Peristiwa pembentukan kelipan merupakan proses yang komplek, awalnya bahan sintilator menyerap energi yang menyebabkan keadaan beberapa atom yang tereksitasi atau terionisasi. Ketika kembali kepada keadaan dasar (ground state) dalam waktu yang singkat disertai dengan cahaya atau emisi foton. Makin tinggi energi terserap dalam lintasan partikel dalam material, makin banyak atom-atom yang akan tereksitasi.

Detektor NaI(Tl)

Dalam spektroskopi gamma, sering digunakan detektor NaI(Tl), detektor ini terbuat dari kristal tunggal NaI dengan pengotoran sedikit talium, sehingga detektor ini dikenal sebagai detektor NaI(Tl). Karena kristal ini bersifat higroskopis, maka kristal tersebut ditutup rapat dalam wadah aluminium yang dilapisi kromium. Dalam wadah aluminium itu kristal NaI(Tl) dibungkus dengan reflektor yang biasanya adalah serbuk mangan oxida (MgO) atau aluminium trioxida (Al₂O₃) dan kemudian direkatkan pada sebuah tabung pelipatganda foton (Photo Multiplier Tube) menggunakan perekat bening yang terbuat dari silicon (silicon grease). Hal ini dimaksudkan agar kelipan cahaya yang dihasilkan sintilator dapat masuk secara ke dalam tabung pelipatganda foton tersebut. Skema sebuah detektor NaI(Tl) dengan tabung pelipatganda foton beserta rangkaian listriknya terlihat pada Gambar I. Biasanya kristal NaI(Tl) dibuat dalam bentuk silinder dan ukurannya bermacam-macam tergantung keperluan. Di ujung tabung pelipatganda foton terdapat elektroda yang peka cahaya yang disebut fotokatoda. Fotokatoda ini terbuat dari bahan yang peka cahaya, mempunyai potensial ioisasi rendah sehingga apabila permukaannya terkena foton gamma maka akan dilepaskan elektron. Cacah dan tenaga gerak elektron yang dilepaskan ini bergantung pada intensitas dan tenaga sinar gamma yang mengenai sintilator. Makin tinggi tenaga sinar gamma makin tinggi tenaga foton kelipan yang dihasilkan dan makin tinggi pula tenaga gerak elektron yang dilepaskan fotokatoda. Hal ini dinyatakan dalam tinggi pulsa yang dihasilkan. Sinar gamma yang mempunyai tenaga tinggi akan menghasilkan pulsa yang tinggi sedang sinar gamma yang bertenaga rendah akan menghasilkan pulsa yang rendah pula. Di lain pihak intensitas sinar gamma yang terdeteksi mempengaruhi cacah elektron yang dibebaskan. Makin tinggi intensitas sinar gamma makin banyak elektron yang dibebaskan dan makin banyak pula pulsa pulsa yang dihasilkan perangkat detektor. Antara fotokatoda dan anoda terdapat dinoda-dinoda yang diatur mempunyai tegangan tinggi besarnya meningkat terhadap dinoda yang berada di depannya. Elektron yang dilepaskan oleh fotokatoda akan dipercepat oleh medan listrik dalam tabung pelipat ganda foton atau lebih tepat dikatakan pelipatganda elektron menuju dinoda pertama. Dalam proses tumbukan akan dilepaskan elektron-elektron lain yang kemudian dipercepat menuju dinoda kedua dan demikian seterusnya. Sebuah tabung pelipatganda elektron biasanya mempunyai 10 tingkat dinoda atau lebih dan pada anoda bisa didapatkan faktor penggandaan sebesar 10⁷ – 10⁸ kali Mutu suatu tabung pelipatganda elektron ditentukan oleh

• Waktu yang diperlukan elektron mencapai anoda melalui deretan dinoda
• Kestabilan faktor penggandaan elektron

Gambar I. Blok Detektor Sintilasi & Photo Multiplier Tube