View
227
Download
5
Category
Preview:
Citation preview
PENGUKURAN DERAJAT POLARISASI KRISTAL TUNGGAL Co~PeDENGAN SPEKTROMETER NEUTRON POLARISASI
Ilias Gint.ing
Pusat. Penelit.ian Teknik Nuklir
ABSTRAK
Pengukuran derajat. polarisasi krist.al t.unggal Co-Fet.elah dilakukan dengan menggunakan sumber neut.ron di reakt.orpengukuran dan penelit.ian di Physikalisch TechnischeBundesanst.alt., Braunschweig. Sumber neut.ron t.erpolarisasimonokromat.is dihasilkan oleh krist.al t.unggal Co-Fe melaluihamburan Bragg. Dengan menggunakan met.ode shim dapat. dit.ent.ukan derajat. polarisasi dari 0,74 hingga 1.0 unt.uk daerahenergi neut.ron ant.ara 0,029 eV hingga 10.5 eV.
ABSTRACT
The measurement. of polarizat.ion degree of Co-Fe singlecryst.al using neut.ron beam has been done at. t.he research andmeasuring react.or of t.he Physikalisch Technische Bundesanst.alt.Braunschweig. A beam of monochromat.ic polarized neut.rons has been produced by Bragg reflect.ion in a Co-Fe'single cryst.al. Using t.he shim met.hod a degree of pola-rizat.ion has been det.ermined from 0.74 t.o 1.0 in t.he neut.ron
energy region from 0.029 eV t.o 10.5 eV.
I. PENDAHULUAN
Sepert.i diket.ahui neut.ron yang dihasilkan oleh reaksi
pembalahan int.i di dalam t.eras reakt.or bersifat. polikromat.is
dan t.idak t.erpol ar isasi . Sel ai nit. u naut.ron juga di kanalsebagai part.ikel yang t.idak bermuat.an list.rik dan massanya
sama dengan massa prot.on. Sal ah sat.u keunggul an neut.ron
di bandi ngk an dengan si nar -X yai t.u neut.ron mempunyai momen
magnet.ik dan spin int.i neut.ron masing-masing sebesar -1.9130
dan ± 1/2. UoJ Dengan adanya momen magnet.! k dan spi n int.i
ini. neut.ron sangat. mengunt.ungkan t.erut.ama bila digunakan
dalam bidang magnet.isme, oleh karena int.eraksi ant.ara momen
magnet.ik neut.ron dan momen magnet.ik elekt.ron dari int.i at.om
bahan magnet.ik yang t.idak berpasangan. dapat. digunakan unt.uk
menelit.i sifat.-sifat. magnet.isme bahan t.ersebut..
139
140
Perkembangan leori maupun penelilian dengan menggunakan
neulron lerpolarisasi dimulai sejak Halpern dan Johnson pada
t.ahun 1939fZ) menerbit.kan hasil penelit.ian mereka t.ent.ang
pot.ensial int.eraksi neut.ron. Berdasar kan hasi 1 penel it.ian
yang mereka lakukan t.erlihal bahwa dari perubahan momenlum
dan energi neut.ron yang dihamburkan oleh cuplikan bahan mag
net.ik, t.erkandung beberapa informasi t.ent.ang sifal-sifal
magnelik bahan misalnya int.i, st.ruklur dan dinamika dari
sist.em sasaran (larget.).
Dalam penel~lian ini dicoba unluk menent.ukan derajal
polarisasi bahan krist.al t.unggal Co-Fe dengan komposisi yang
t.erdiri dari 92 X jumlah at.om kobalt. dan 8 X jumlah at.om
besi, di mana krislal t.unggal ini berfungsi sebagai polari
sat.or dan analisat.or pada peralat.an speklromet.er neut.ron po-
larisasi. Adapun pengukuran derajat. polarisasi ini dilaku-
kan dengan menggunakan speklromet.er neut.ron polarisasi pad a
Reaklor Pengukuran dan Penelit.ian di Physikalisch Technische
Bundesanst.all-Braunschweig.
II. TEORI
Apabila neut.ron dat.ang dan jat.uh pada krist.al bahan
magnet.ik, maka oleh at.om-at.ombahan t.ersebut.,neut.ron akan
dihamburkan ke segal a arah. Akan t.et.apiapabi 1a hambur an
t.ersebut.koheren dan memenuhi hukum Bragg maka akan t.imbul
puncak-puncak difraksi.
dengan
2d sin e = A
Adapun hukum Bragg ini dinyat.akan
(1)
di mana d merupakan jarak ant.ara bidang, e sudut. hambur an
Bragg dan A panjang gelombang neut.ron yang digunakan.
Unt.uk bahan magnet.ik pada umumnya t.erdiri dari hamburan
int.i dan hambur an magneli k . Adapun penampang lint.ang ham-
buran dari hamburan int.i maupun hamburan magnelik dinyat.akan
dengan
(2)
141
di mana b mer upak an ampl itudo hambur an inti. p amplitud,
hamburan magnetik. q vektor interaksi magnetik dan ~ merupa
kan vektor satuan dalam arah spin neutron datang.
Di samping itu vektor interaksi magnetik dapat dinyata
kan dengan
-+= -; C-;.KK-+}t-}t,
q)- .e= (3)
pt
- }t,
di
-+
merupakanvektorhamburan.}tdan}t.vektormana e "gelombang
datangdanyang dihamburkan danK merupakanvektor
satuan dalam arah spin atom magnetik. Dalam persamaan (2).
yang mengak ibatkan besar an
keadaan K paral el atau anti
arah spin atom magnetik K ada yang paralel dan anti paralel
terhadap besaran X. Cgambar 1).-+ "
q.X berharga -1 atau +1 untuk
paralel terhadap X.
H
Polarisator
Sumber~eutrol1
Spinneutron
Bidang
pemantul- ..
Spill Lmagne-11tik Sumber_
Terpolnrisasi
A.nalisator
H - Medan mag.netluar
,...Spin"f.. neutron.,
Spinmagnetik'"
~
Vektorhamburan
(8)
Spinmagnetik
Neutral1terhambur
Analisat or
,... "' ....•
Ii Paralcl }.. ~ A.nti(b)
Penggambaran dari vektor satuan 1.untuk bahan magnetik.Spin atom magnetik untuk keadaan paralel dananti paralelterhadap X.
Gambar 1. Ca)
Cb)
K dan x
142
Dengan demikian penampang 1inlang hamburan inli dan magnelik
unluk keadaanpara1e1dananliparal e1dapaldinyalakan
dengan = 4n Cb2
2- 2:bp),Q + P
p= 4rr Cb2
2+ 2:bp).
(4)0' + Pa
merupakan penampang 1inlang hamburan inlidi mana 0' alau 0'p a
dan megnelik unluk keadaan par a1e1 alau anli par a1e1
terhadap K.
Derajad po1arisas~ P dapal dilenlukan me1a1ui persamaan
P =cw
p(Wp
- W )a+ W-)a
(5)
merupakan jumlah neulron yang dihamburkandi mana W alau Wp "a
unluk keadaan K paralel alau anli para1el t.ehadap X. Apa-
bi laW .....0' dan W .....0', maka dar i persamaan C4) dan (5)p papderajal polarisasi dapal dinyat.akan pula sebagai
(ty - 0' )
P = p a(0' + 0' )P a.
= 2: bp
b2 + p2(6)
Dalam penelit.ian ini, pengukuran derajal polarisasi dilaku
kan dengan melode shim <:shim methocD. [31 Bahan yang diper-
gunakan sebagai shi.m ada1ah 1empeng besi. Unluk melode shim
(7)
ini, pert.ama-lama pengukuran dilakukan t.anpa menggunakan
shim dan dilanjulkan dengan menggunakan shi.m.
A. Pengukuran t.anpa shim
Jika neut.ron dalang sebesar N dijat.uhkan pada polari
salor dalam selang waklu ~l, maka jumlah neulron yang
melewat.i polarisalor pada keadaan ~ paralel maupun anli
paralel t.erhadap K masing-masing sebesar N~ dan N~ di manaNo
N~ = N. = ~
Apabila refleklivilas neut.ron selelah melalui polarisalor
pada keadaan~X paralel maupun ant.i paralel t.erhadap
dinyalakan sebagai R dan R makapp po.
143
N
- ~__0_ R dan N.j.- 2 pp
N
- __ 0_" R- 2 po.(8)
Se~elah melalui analisa~or un~uk keadaan ~X paralel
maupun an~i parale1 ~erhadap K dapa~ dinya~akan sebagai
" N
= __ 0_ R R2 pp Apdan
" N= __ 0_ R R
2 po. Ao.(9)
Dari persamaan (9) dapa~ di~en~ukan jumlah cacahan yang di
~erima de~ek~or ~anpa menggunakan shim yai~u
N1=
No
2 Cl0)
B. Pengukuran dengan shim
Dengan menggunakan shim. jum1ah neu~ron yang melewa~i
polarisa~or dapa~ dilen~ukan dari persamaan (8) yai~u
, ,sN't
, ,s= N~
=N (
o R4 pp + R )pa
Cll)
Sedangkan jum1ah neulron yang me1ewa~i analisa~or dapa~
dinyalakan dengan
N
N' s' = __ 0_ CR + R )'t 4 pp pa
dan, ,s _N ~
N o4 CR + R )
pp pa(12)
Juml ah neu~ron yang di~erima 01eh delek~or sele1 ah me1al ui
po1arisa~or dan ana1isa~or dengan me~ode shim. un~uk keadaan
X parale1 maupun an~i paralel ~erhadap K dapa~ dinyat.akan
dengan
(13)
Derajal polarisasi dapa~ dinya~akan dengan
P = a~au P =R - R
p a.
R - Rp a.
(14)
di mana R merupakan ref1ek~ivi~as neu~ron se~elah melaluipo.
po1arisa~or maupun analisalor.
Dengan demikian dapal
144
dilenlukan derajal pol ar i sasiseper li yang dinyalakanolehpersamaan•
NPP=__ 1__ 1
p
A N2
III. TATA KERJA DAN PERCOBAAN
(16)
Bahan yang di per gunak an sebagai pol ar i sa lor dan analisalor dalam penelilian ini berupa krislal lunggal Co-Fedengan bidang krislal (111), Selain ilu polarisalor ini
memonokromatiskan neutron yang dalang dar i reaklor.juga ber f ungsi sebagai monokromalor yang berguna unluk
Per-
alalan yang dipergunakan dalam penenluan derajal polarisasiCo-Fe ini lerdiri dari speklromeler neulron seperli yangdilunjukkan pada gambar 2,
Kot. 1.Ttras Reaktor: 2. Air pendinljin reaktor. 3.Dindinlj reaktor, 4.Tabung sumb ••noutron,S.Kolimator, S&.9.Kolima Soll.r. 7. Perisai parafin don B 4C. 8. Kristal _polarisator, 10. Shim. 11.Kristal analisator. 12. D.t.ktor BF3 ,13. p.risai d.t.ktor.
Ket. t.Landasan, ·2.M.ja monokromator,3. Timah hitam, 1,. Ll.lbanlj sumb.rneutron, 5.Tutup monakromator, &. Perisai para fin &.B~ C, 7,MI.Ilut sumb.rneutron, 8. p.risai detektor.
Gamba.r2. Bagan speklromeler neutron
145
BF dengan:3
i ni per tama
Sebagai detektor utama digunakan detektor
tekanan gas sebesar 933 mbar. Dalam penelitian
sekali di1akukan penguk uran efisiensi detek tor
cara mengubah-ubah kedudukkan polarisator yang
BF dengan:3
dilakukan
dengan cara memindahkan posisi sudut hamburan Bragg. Peng-
ukuran jumlah cacahan pada posisi sudut hamburan tertentu
dilakukan selama 1 jam. Pengambilan data efisiensi detektor
ini dilakukan dal-i energi neutron 0,07 eV sampai 13,5 eV.
Selanjutnya percobaan dilanjutkan dengan pengukuran derajat
polarisasi dar i bahan Co-Fe. Pada prakleknya untuk per-
cobaan ini pengukuran dilakukan dengan dua cara yaitu dengan
dan tanpa menggunakan shim. Shim ini berupa lempengan yang
terbuat dari besi murni tanpa tekstur dengan lebal 0,1 mm.
Posisinya lerletak diantara polarisator dan analisator.
Pengukuran intensitas neutron yang l-erhambur dengan dan
tanpa menggunakan shim dilakukan pada beberapa daerah energi
tertentu dilakukan sebanyak t.iga kali pengukuran. Adapun
daerah pencacahan neutron yang terhambur dilakukan mulai
dari energi neutr on sebesar 0,029 eV sampai 13,30 eV dan
waktu cacahan diambil selama 60 menit.
IV. HA'IL DAN PEMBAHASAN
Dari data-data pengukuran efisiensi detektor yang telah
diIakukan pada beber apa daer ah ener gi neutr on dengan meng-
gunakan spektrometer neutron polarisasi, diperoleh hasil
percobaan seperti yang ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1. Efisiensi detektor BF pada beberapa daerah energi:3
neutron.
EL?-ju cacah
LatarbelakangEfisiensinCeV)
Cjam) Cjam)detektor
0,07
187000 4000,825,9
6006000,2110,5
20013000,1313,5
15075000,12
146
Demikian pula dari data-data pereobaan dengan ataupun tanpa
menggunakan shim, apabila data pereobaan tersebut dimasukkan
ke dalam persamaan (16), diperoleh hasil perhitungan derajat
polarisasi seperti yang ditunjukkan pada tabel 2.
Tabel 2. Hasil perhitungan derajat polarisasi untuk beberapadaerah energi neutron.
E Sudut hamburanDerajat polarisasieaeahan/latarnCeV)
Cderajat)± II Pbelakang
0,029
25,000,81± 0,02 60
0,074
15,550,90 ± 0,02500'
0,166
9,830,92 ± 0,0280
0,200
9,120,91± 0,02 60
0,600
5,300,90 ± 0,076
1,25
3,590.98 ± 0,062
2.50
2,540,74 ± 0,060,2
4,35
1,920,76 ± 0.090,2
5,90
1.650,93 ± 0,051,0
8,50
1,380,85 ± 0,250,4
10,50
1,241,08 ± 0,180,15
Dari tabel 1 terlihat bahwa pada daerah energi neutron 0.07
eV laju eaeah maupun efisiensi detektor BF meneapai harga3maksimum, sedangkan pada daerah lainnya eaeah maupun efisl-
ensi detektor menurun dengan bertambahnya energi neutron.
Demikian pula dari tabel 2 terlihat bahwa daerah energi yang
paling baik digunakan untuk pereobaan dengan menggunakan
spektrometer neutron terpolarisasi yaitu sekitar 0,074 eV.
Pada daer ah energi i ni ter1ihat bahwa perbandl ngan eaeahan
dan latar belakang eukup baik. Akan tetapi kalau ditinjau
derajat polarisasinya, terlihat bahwa harga ini belum men
eapai harga maksimum apabila dibandingkan dengan hasil per-
kedimasukkan
dapat diperoleh harga b = 3,34
1°-~3 (4) A b' 1 •.•...em. pa ~ a •...e •...apan ~n~ dalam per -
pustaka
p = -2, 92 xdariCo-Fe,
em dan
tunggal
x 1°-~3
Untuk bahan kristalhi tungan.
samaan (5),
147
diperoleh besaran derajat polarisasi Co-Fe
sebesar 0,99. Perbedaan kedua harga derajat polarisasi ini
kemungkinan disebabkan pengaturan letak beberapa kolimator
spektrometer neutron kurang baik ataupun waktu cacah yang
lerlalu singkat.
V. KESIMPULAN
Dari penelitian ini terlihat bahwa hasil pengukuran
der ajal pol arisasi bahan Co-Fe cuk up baik_ Demi kian pula
dengan adanya spektrometer polarisasi ini berarti penelitian
untuk menentukan sifat-sifat magnetisme seperti struktur dan
dinamika bahan magnetisme dapat dilakukan dengan menggunakan
peralatan ini.
ACUAN
1. Bacon, G.E., "Neutron Diffraction", Third Edition,rendon Press Oxford (1975)
Cla-
2. Halpern, 0., Johnson, H, "On Magnetic Scattering ofNeutrons", Phys. Rev. 55, 898 (1939)
3. Stanford,BerDstein,( 1954)
C.P., Stephenson, T.E.,$, "Neulron Polarization",
CochraD, L.W.Phys. Rev. 94,
and374
4. Sailor, V.L., "Oriented Targets in Neutron Spect.roscopy",BNL 13524 (1959)
TANYA jAWAB
1. Pram~dita Aneeraita
Apa ada kristaL Lain yan(3 mempunyai derajat poLarisasi
neutron? Baeaimana mekanis-me poLarisasi pada J<:ristal.
t~neeaL dan "super mirror" ?
jAWABAN
Ada, dan derajat potarisasi sane-at bere-ant~ne-pada jenis
bahan yane di(5Unakan. Hekanis-me potarisasi pada kristal.
148
tung8a~ yaitu dengan memono~ro~~tis~an neutron datang dan
adanya perubahan spin untu~ ~eada.an paraLeL m.isa.~nya
menjadi anti ~~a~e~. Cara Lain adaLa.h dengan meng8una-
.lQ..an"f Lipper".
.'1lirror",
2. Hut iara S.
Serpone <fJ
HaL ini secara fisis sa.rna unt1.L~ "super
Bandune atau
Apa~ah peng~uran
I . a_atn .
JAWABAN
ini. dapat di.La~uhan untuh ~ristaL
Untu.b..saat i.ni. di PPTN Bandung tida~ dapat diLa~uhan
penguhuran derajat p0Larisasi .~arena tida.b.. tersedianya
peraLatan spe~trometer neutron poLarisasi, ahan tetapi
di Serp0n8 peraLatan ini di..b..ernbang.b..an.
Dapat, a.b.an tetapi. harus di.Lihat spesi.fL~asi ba.'oanyan8
ahan di.~~na.b..ansebagai. poLarisator.
Recommended