Detektor Neutron

A. Sistem Kerja

Neutron merupakan partikel yang tidak bermuatan listrik seperti elektron dan proton. Karena tidak bermuatan, neutron tidak dapat menyebabkan ionisasi secara langsung terhadap materi yang dikenai atau dilewatinya. Namun demikian, apabila neutron berinteraksi dengan materi, neutron akan menyebabkan ionisasi sekunder.

Dengan melakukan deteksi/pengukuran terhadap partikel/ion hasil dari proses ionisasi sekunder, inilah pengukuran terhadap radiasi neutron dapat dilakukan. Neutron cepat (fast neutron) dapat dideteksi melalui hasil interaksinya dengan bahan-bahan yang banyak mengandung atom hidrogen. Jenis interaksi antara neutron dengan inti atom hidrogen adalah tumbukan elastis. Tumbukan elastis antara neutron dengan inti atom hidrogen akan mengeluarkan partikel proton dari inti atom.

Deteksi terhadap neutron dilakukan dengan ionisasi yang dilakukan oleh proton yang keluar dari inti atom hidrogen akibat tumbukan ini. Untuk deteksi neutron cepat sering digunakan alat ukur proporsional dengan bahan isian yang memiliki kadar atom hidrogen yang tinggi, seperti polietilin. Peralatan ini memiliki kepekaan yang sangat rendah dan sulit untuk melakukan pengukuran di bawah laju dosis radiasi 50 µSv/jam.

Interaksi nuklir yang sering terjadi, yang digunakan dalam deteksi neutron adalah reaksi antara neutron dengan bahan boron-10 dan lithium-6. Boron- 10 memiliki penampang lintang tangkapan yang tinggi (4010 barn) terhadap neutron termik. Interaksi antara neutron dengan kedua bahan ini menghasilkan radiasi partikel alfa. Partikel alfa ini yang akan melakukan ionisasi terhadap bahan detektor.

Neutron termik dapat dideteksi pula dengan memanfaatkan interaksi antara neutron dengan helium-3 yang menghasilkan proton dan tritium. Sistem pendeteksian ini lebih disukai dibandingkan dengan pendeteksian yang menggunakan gas boron-10, karena reaksi ini tidak sensitif terhadap gangguan sinar gamma. Dalam daerah yang memiliki radiasi campuran sinar gamma dan neutron, lebih mudah melakukan pengukuran neutron dengan menggunakan detektor proporsional. Tiga jenis interaksi yang pertama disebutkan merupakan interaksi neutron yang sering terjadi pada neutron dengan energi kira-kira/kurang dari 0,5 eV. Neutron dengan tenaga ini disebut sebagai neutron lambat

B. Jenis detektor neutron

1.      Boron trifluoride proportional counter

Gas Boron trifluoride, diperkaya dengan boron-10 digunakan dalam penghitung proporsional isian gas. Pada prinsipnya, detektor jenis ini sangat peka/sensitif untuk mengukur radiasi neutron termik, dan tidak sensitif untuk neutron cepat. Apabila detektor ini digunakan untuk mendeteksi neutron dengan energi intermediate dan cepat (energinya di atas 1 MeV), detektor ini harus ditambahkan dengan dikelilingi oleh bahan pemoderasi neutron, seperti polyethylene, untuk mengurangi energi/kecepatan neutron cepat menjadi neutron termal. Filter yang terbuat dari bahan cadmium dapat ditambahkan untuk lebih menyeragamkan respon energi. Detektor ini dapat digunakan untuk mengukur radiasi neutron dengan energi mulai dari energi thermal sampai dengan energi 10 MeV. Detektor ini dapat dipakai untuk membedakan laju dosis neutron termik dan neutron cepat di medan radiasi neutron campuran dengan memodifikasi teknik pengukuran sebagai berikut:

•         Jika detektor ini dipakai untuk pengukuran langsung (tanpa ditambah bahan moderator), maka akan terpantau oleh detektor hanyalah laju dosis neutron termik saja;

•         Jika detektor ini diberikan bahan tambahan moderator polietilin dan dilapisi lempeng filter bahan cadmium, maka neutron termik akan terserap oleh bahan filter cadmium, sehingga yang terdeteksi hanya neutron cepat saja.

2.      Boron lined proportional counter

Boron digunakan sebagai pelapis (liner) di dalam dinding proportional
counter yang memungkinkan dikatakan sebagai proportional gas daripada boron trifluoride. Namun untuk tingkat stabilitasnya tidak sebaik stabilitas yang dimiliki oleh boron trifluoride proportional counter.

3.      Helium proportional counter

Helium propotional counter menggunakan helium sebagai bahan target radiasi partikel neutron dan sebagai gas isian dalam detektor. Dalam hal aspek-aspek yang lainnya, jenis detektor ini sama dengan detektor jenis boron trifluoride proportional counter.

4.  Gas recoil proportional counter Neutron dengan tingkat energi di atas 500 keV dapat dideteksi dengan menggunakan proportional counter yang diisi dengan gas seperti methane yang berisi porsi lebih banyak atom hidrogen, neutron cepat akan bertumbukan dengan atom hidrogen. Secara alternatif, atom hidrogen dapat diperoleh dengan menggunakan bahan seperti polyethylene pada dinding counter. Counter ini ditutup/dilapisi dengan lembaran tipis cadmium yang akan meng-absorp neutron slow dan neutron thermal.

5.      Superheated drop detector

Superheated drop detector berisi microscopic liquid drops dalam bahan seperti gel. Neutron yang datang akan memberikan energinya pada liquid drops tersebut untuk membuatnya mendidih dengan cepat dan berubah menjadi butiran-butiran/gelembung. Terdapat audible pop yang dikumpulkan dan direkam dengan menggunakan peralatan tertentu. Cartridge yang berisi superheated liquid harus diganti pada saat seluruh drops telah mendidih. 

Pengukuran laju dosis ekuivalen dari neutron sulit untuk dilakukan karena faktor kualitas untuk neutron ini cukup bervariasi tergantung pada energinya. Salah satu alat yang dapat secara langsung dapat mengukur laju dosis ekuivalen dari neutron adalah neutron rem meter. Alat ini pada umumnya digunakan untuk pendeteksian neutron di instalasi nuklir. Alat ini dapat dipasang pada posisi yang tetap atau dapat juga bersifat portable.

\

referensi: alat ukur radiasi BAPETEN