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.