Elektrologi

Pada percobaan ini dilakukan pengukuran radiasi dari beberapa material radioaktif rendah dengan sensor geiger counter dan modul Arduino Nano sebagai penghitung radiasi.

Perangkat Keras

Perangkat yang digunakan adalah sebagai berikut

• Arduino Nano v3 sebagai prosesor
• Modul Geiger Counter sebagai sensor radiasi
• Batang tungsten dengan campuran thorium sebagai sumber radiasi
• Sensor asap dengan unsur americium sebagai sumber radiasi

Modul geiger counter memberikan sinyal active low setiap kali mendeteksi adanya peluruhan radioaktif. Sinyal active low ini dihubungkan ke pin 2 pada Arduino Nano untuk dihitung. Hasil perhitungan dikirimkan dengan port serial ke komputer untuk ditampilkan.

Aspek keamanan

• Batang tungsten dengan campuran thorium memancarkan radiasi alpha, beta dan gamma dalam dosis rendah. Paparan langsung dalam waktu singkat tidak membahayakan. Bahaya muncul jika batang tersebut berubah menjadi serbuk, karena debu thorium berbahaya.
• Americium pada sensor asap adalah sumber radiasi alpha, beta dan gamma lemah. Tidak membahayakan asal tidak tertelan

Berikut ini penjelasan bahaya Thorium yang dipakai pada campuran elektroda las tungsten (http://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/health-and-safety-faqs/faq-the-use-of-thoriated-tungsten-electrodes/)

Thorium (Th) is slightly radioactive with a long half life and emits mainly alpha (α) particles, but occasionally some beta (β) and gamma (γ) radiation is emitted. Alpha particles cannot penetrate skin or even paper. However, they are harmful if released inside the digestive tract, or inside the lungs, where they act as a carcinogen.

Thorium oxide is, therefore, a low level radioactive material which may give rise to both a small external radiation hazard and an internal hazard from ingestion or inhalation. The external hazard estimated for a welder holding an electrode for a whole year is a very small fraction of the maximum permissible radiation dose and it is concluded that the external radiation hazard is likely to be negligible.

Berikut ini tentang bahaya dari Americium yang dipakai di sensor asap: (http://www.world-nuclear.org/info/Non-Power-Nuclear-Applications/Radioisotopes/Smoke-Detectors-and-Americium/)

The radiation dose to the occupants of a house from a domestic smoke detector is essentially zero, and in any case very much less than that from natural background radiation. The alpha particles are absorbed within the detector, while most of the gamma rays escape harmlessly. The small amount of radioactive material that is used in these detectors is not a health hazard and individual units can be disposed of in normal household waste^e.

Even swallowing the radioactive material from a smoke detector would not lead to significant internal absorption of Am-241. Americium dioxide is insoluble, so will pass through the digestive tract without delivering a significant radiation dose. (Americium-241 is however a potentially dangerous isotope if it is taken into the body in soluble form. It decays by both alpha activity and gamma emissions and it would concentrate in the skeleton).

Perangkat Lunak

Perangkat lunak yang dipakai serupa dengan di percobaan Interupsi Dengan Arduino,  hanya saja pada percobaan ini pull up internal pada pin 2 dinonaktifkan karena sudah ada pull up pada modul geiger counter. Jika pull up pada internal Arduino diaktifkan, maka sinyal malah tidak bisa mencapai logika LOW.

// ide dari http://www.rhelectronics.net/store/radiation-detector-geiger-counter-diy-kit-second-edition.html
unsigned long counts; //variable for GM Tube events
unsigned long previousMillis; //variable for time measurement

void impulse() { // dipanggil setiap ada sinyal FALLING di pin 2
    counts++;
}

#define LOG_PERIOD 60000  // cetak tiap detik

void setup() { //setup subprocedure
    counts = 0;
    Serial.begin(9600);
    pinMode(2, INPUT);  
    attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), impulse, FALLING); //define external interrupts
    Serial.println("Start counter");
}

void loop() { //main cycle
    unsigned long currentMillis = millis();
    if (currentMillis - previousMillis > LOG_PERIOD) {
        previousMillis = currentMillis;
        Serial.println(counts);
        counts = 0;
    }
}

Pengukuran Radiasi Latar Belakang

Pertama adalah pengukuran radiasi latar belakang, yaitu radiasi alamiah yang sudah ada secara alami. Angka yang tercantum adalah CPM (count per minute), yaitu total partikel radioaktif yang terukur setiap menit.

Hasil CPM: 21.5

Pengukuran Radiasi Sensor Asap

Berikutnya adalah pengukuran radiasi dari Americium pada sensor asap. Sensor asap ada yang memanfaatkan Americium sebagai sumber partikel alpha yang mengionisasi partikel asap di udara. Sensor ini dikemas dengan logam, sehingga partikel alpha dan beta tidak dapat keluar. Yang keluar hanya partikel gamma yang lemah.

Berikut hasil pengukuran CPM

CPM rata-rata adalah 108.

Pengukuran Radiasi Elektroda Tungsten

Berikutnya adalah pengukuran radiasi dari batang elektroda tungsten.

Hasil CPM rata-rata: 161.4

Pengukuran Radiasi Elektroda Tungsten Melalui Kertas

 

Rata-rata CPM adalah 129

Pengukuran Radiasi Pisang Ambon

Pisang adalah salah satu makanan yang cukup radioaktif, bahkan sampai ada istilah ‘Banana Equivalent Dose’, yaitu dosis radiasi yang setara dengan radiasi dari buah pisang. [https://en.wikipedia.org/wiki/Banana_equivalent_dose]

 

CPM rata-rata: 25.43

Pengukuran Radiasi Cangkir Keramik

Konon kabarnya keramik putih cukup radioaktif. [Kompas: Sebaiknya Waspada Keramik Putih Rawan Radioaktif]

CPM rata-rata: 38.6

 

 

 

Rangkuman

Berikut ini kumpulan hasil pengujian beberapa material.

Material yang diuji	CPM
Radiasi Latar Belakang	21.5
Sensor asap (Americium)	108
Elektroda tungsten (Thorium)	161.4
Elektroda tungsten (Thorium) melalui kertas	129
Pisang ambon	25.43
Kacang tanah	23.17
Cangkir keramik besar	38.6
Cangkir keramik kecil	25.75
Mangkok keramik besar	37.5
Piring keramik putih	26.7
Piring keramik warna	28.965

Beberapa hal menarik:

• Sensor asap dan elektroda tungsten-thorium sudah diduga bersifat cukup radioaktif
• Radiasi elektroda tungsten berkurang ketika diberi pelindung kertas. Dapat disimpulkan bahwa ada radiasi alpha/beta yang terhalang oleh kertas sehingga total radiasi berkurang.
• Pisang dan kacang tanah ada radiasi sedikit.
• Barang-barang keramik memancarkan radiasi walaupun tidak terlalu banyak

Referensi

• Interupsi dengan Arduino Nano
• Modul geiger counter
• Sensor asap HIS 07
• The User of Thoriated Tungsetn Electrodes http://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/health-and-safety-faqs/faq-the-use-of-thoriated-tungsten-electrodes/
• Smoke Detectors and Americium http://www.world-nuclear.org/info/Non-Power-Nuclear-Applications/Radioisotopes/Smoke-Detectors-and-Americium/
• Banana Equivalent Dose https://en.wikipedia.org/wiki/Banana_equivalent_dose
• Kompas: Sebaiknya Waspada Keramik Putih Rawan Radioaktif