CJR 3 Rianda Sinaga [PDF]

Citation preview

Critical Journal Riview PENDAHULUAN FISIKA INTI



OLEH: RIANDA SINAGA 4151121057 DOSEN PENGAMPU : MUHAMMAD ASWIN RANGKUTI, M.Pd JURUSAN FISIKA PRODI PENDIDIKAN FISIKA D 2015 FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN TAHUN 2019



SOLUSI



Masalah Redaman Sinar Gamma untuk Mengevaluasi Porositas Tanah. Porositas tanah (𝜙) sangat penting untuk studi lingkungan karena fakta bahwa air meresap dan menderita redistribusi dalam ruang pori tanah. Banyak proses fisik dan biokimia yang berkaitan dengan kualitas lingkungan terjadi pada sistem keropos tanah. Penentuan perwakilan 𝜙 diperlukan karena pentingnya properti fisik ini dalam beberapa bidang ilmu pengetahuan alam. Dalam pekerjaan saat ini, dua metode untuk mengevaluasi 𝜙 dianalisis dengan menggunakan teknik atenuasi sinar gamma.



Dalam pekerjaan saat ini, dua metode untuk mengevaluasi 𝜙 dianalisis dengan menggunakan teknik atenuasi sinar gamma. Metode pertama Menggunakan pendekatan atenuasi tanah melalui tanah kering dan sampel jenuh, sedangkan yang kedua menggunakan pendekatan yang sama tetapi dengan mempertimbangkan sampel tanah kering untuk menilai kerapatan curah tanah dan kerapatan partikel tanah untuk menentukan 𝜙. Hasil point yang didapat keluar korelasi yang baik antara kedua metode. Namun, ketika 𝜙 diperoleh melalui kadar air tanah pada saturasi dan 4 mm kollimator digunakan untuk mengkolimasi sinar gamma, metode pertama juga menunjukkan korelasi yang baik dengan yang tradisional.



KONDISI



DAMPAK



Kondisi fisik tanah ini bahwa air menyusup dan menderita redistribusi dalam ruang pori tanah. Perubahan 𝜙 secara langsung mempengaruhi ukuran, distribusi, dan kontinuitas pori-pori



Tanah yang terstruktur dengan baik sangat penting untuk mempertahankan transmisi air dan pertukaran gas yang memadai sehingga pengembangan sistem akar dapat dilakukan untuk produksi tanaman dengan perlindungan lingkungan di lokasi tertentu. Tanah dengan tekstur kasar cenderung menghadirkan ruang berpori lebih sedikit daripada yang halus



TAHAPAN Secara tradisional 𝜙 dapat ditentukan dengan mengukur kadar air tanah pada saturasi atau dari hubungan bulk dan density partikel. Namun, ada metode lain yang didasarkan pada teknik nuklir, seperti atenuasi sinar gamma (GRA) atau computed tomography (CT). Tujuan utama metodologi tradisional atau nuklir adalah untuk mendapatkan nilai-nilai representatif 𝜙. GRA dan CT didasarkan pada interaksi radiasi dengan materi. Pengetahuan tentang interaksi ini penting untuk memahami proses deteksi dan atenuasi sinar X atau sinar gamma. Ketika sinar gamma dengan intensitas kejadian 𝐼0 (cps) berinteraksi dengan tanah dengan ketebalan 𝑥, sinar yang ditransmisikan Intensitas 𝐼 (cps) melalui absorber mengikuti hukum BeerLambert: 𝐼 = 𝐼0 𝑒 −𝑘𝑥 Istilah 𝜅 yang disajikan dalam Hukum BeerLambert adalah koefisien atenuasi linier yang mengukur probabilitas per satuan panjang foton yang akan diserap atau tersebar saat berinteraksi dengan sampel. 𝜅 mewakili jumlah dari beberapa koefisien atenuasi individu terutama karena penyerapan fotolistrik, hamburan Compton, dan produksi pasangan. Dengan fakta bahwa 𝜅 tergantung pada kepadatan fisik 𝜌 dari material, biasanya sifat seperti itu dibagi dengan 𝜌 untuk mendapatkan koefisien atenuasi massa 𝜇. 𝜇 hampir tidak tergantung pada kondisi fisik material. Penting untuk disebutkan bahwa salah satu kelebihan terbesar dari metode nuklir dibanding metode tradisional untuk mengukur 𝜙 adalah analisis struktur material yang tidak merusak. Metode seperti itu cepat dan memberikan evaluasi dengan resolusi spasial yang tinggi (tom ke mm). Secara tradisional sumber radioaktif yang paling umum digunakan dalam analisis fisik tanah adalah 241Am (≈60 keV) dan Cs (≈662 keV) Tujuan utama dari artikel penelitian ini adalah untuk menyajikan analisis metode yang diusulkan untuk mengukur porositas tanah dengan menggunakan teknik atenuasi sinar gamma. Tanah porositas diperoleh melalui penilaian yang dilakukan pada massa koefisien atenuasi ditentukan secara eksperimental dan



Tujuan utama dari artikel penelitian ini adalah untuk menyajikan analisis metode yang diusulkan untuk mengukur porositas tanah dengan menggunakan teknik atenuasi sinar gamma. Tanah porositas diperoleh melalui penilaian yang dilakukan pada massa koefisien atenuasi ditentukan secara eksperimental dan secara teoritis (XCOM). Hasil dari metode nuklir dibandingkan dengan pendekatan tradisional dalam penelitian.



ALAT DAN BAHAN 1. 2. 3. 4. 5. 6.



Tanah dengan 2 tekstur yang berbeda XRF Ray 50 kV Alikulot 2g kristal kilau 7,62 × 7,62 cm Wadah akrilik yang memiliki tepi setebal 0,5 cm Botol Peluruhan



PEMBAHASAN 1. Sampel tanah. Sampel tanah dengan dua tekstur tanah yang berbeda dianalisis. Sampel yang terganggu dikumpulkan dari bidang eksperimental milik Universitas Sao Paulo - ESALQ / USP berlokasi di Piracicaba, SP, Brasil 22° 42’S e 47°38’W, 580 m atas permukaan laut). Set pertama sampel tanah diklasifikasikan sebagai lempung berpasir dan yang kedua sebagai tanah liat. Untuk evaluasi 𝜅 dan 𝜇, sampel dikeringkan dalam oven pada suhu 105°C (48 jam) dan disaring melalui saringan mesh 1 mm yang bertujuan untuk mendapatkan sampel yang lebih homogen. Sepanjang pengukuran sampel disimpan dalam wadah dengan silica-gel untuk mencegah air diserap dari lingkungan. 2. Analisis Unsur. Analisis unsur semiquantitatif tanah dilakukan dengan dispersif energi XRF dengan menggunakan instrumen model EDX-720 (Shimadzu) yang dilengkapi dengan tabung sinar-X. Tegangan peralatan bervariasi dari 5 hingga 50 kV dan arus tabungnya dari 1 hingga 1000 𝜇A. Detektor sistem adalah semikonduktor Si (Li) yang didinginkan dengan cairan N pada −196°C. 3. Sebuah alikuot (2 g) Sebuah Alikulot dari tanah yang ditumbuk halus kemudian ditempatkan dalam cangkir analisis sampel (disediakan oleh pabrik peralatan) untuk pengukuran. Cup sampel ditutup dengan film Mylar (ketebalan 6 𝜇m) untuk analisis. Waktu pengukuran untuk setiap sampel adalah 100 detik di wilayah energi Na-Sc dengan tegangan 15 kV dan 100 detik di wilayah energi Ti-U dengan tegangan 50 kV. Pengukuran dilakukan di bawah tekanan 30 Pa. Rincian lebih lanjut tentang prosedur penggunaan peralatan dapat ditemukan di Shimadzu. 4. Pengukuran Redaman Massal. Sumber radioaktif 241Am (7,4 GBq) dan 137Cs (11,1 GBq) digunakan dalam penelitian ini. Detektornya adalah kristal kilau 7,62 × 7,62 cm NaI (Tl) yang dipasangkan dengan tabung photomultiplier. Kolimator timbal melingkar disesuaikan dan disejajarkan antara sumber (diameter 2 mm) dan detektor (diameter 4,5 mm) untuk menghasilkan balok sempit. Selama pengukuran kriteria digunakan untuk meminimalkan jumlah kelipatan foton yang tersebar mencapai detektor. 5. Wadah akrilik yang memiliki tepi setebal 0,5 cm diisi dengan tanah untuk pengukuran 𝜇. Dimensi wadah adalah 7,03 × 6,50 × 4,03 cm3 (241Am) dan 7,03 × 6,51 × 8,04 cm3 (137Cs).



Sumbu simetri dari susunan peralatan gammar adalah garis horizontal yang disesuaikan dengan sinar laser. Spektrum radiasi dievaluasi sebelum penentuan experimental eksperimental, yang memungkinkan untuk menyesuaikan jendela photopeak selama periode pengukuran. Kolimator 2 mm dan waktu penghitungan 30 detik (137C) dan 60 detik (241Am) digunakan dalam pengukuran spektra tanpa sampel (balok bebas). Sumber radioaktif dan detektor dipasang terpisah 18,0 cm dan kotak akrilik yang berisi sampel dipusatkan dan disejajarkan di antara mereka. Kotak akrilik ditempatkan dekat dengan sumber keluar, menyentuh kolimator, sehingga balok bisa melewatinya sedekat mungkin ke pusat sampel dan tegak lurus ke posisi ini untuk memastikan bahwa sinar gamma melewati ketebalan (𝑥) yang diukur (Gambar 1). Suhu laboratorium dijaga konstan pada 21 ± 1∘ C. Intensitas foton monoenergetik diukur pada satu posisi unik di tengah kotak akrilik yang diisi dengan tanah. Koefisien atenuasi massa tanah yang ditentukan di sini hanya menggambarkan satu pengukuran untuk setiap jenis tanah yang disampel. Penghitungan waktu yang diadopsi dalam pengukuran were adalah 600 s (137Cs) dan 900 s (241Am), masing-masing. Pengaturan eksperimental yang sama digunakan untuk pengukuran air HASIL PENGUKURAN Teknik XRF merupakan alat analitik yang kuat yang memungkinkan analisis yang cepat, noninvasif, dan akurat dari komposisi unsur sampel padat dan cair. Konsentrasi berat unsur dalam bentuk oksida untuk dua tekstur tanah yang dianalisis ditunjukkan pada Tabel 1.



Analisis data yang disajikan pada Tabel 1 menunjukkan bahwa lebih dari 95% tanah berpasir disebabkan oleh SiO2, Al2O3, dan Fe2O3, sedangkan untuk tanah liat SiO2, Al2O3, dan Fe2O3,, dan TiO2 adalah elemen yang paling signifikan dalam proporsi yang berbeda di kondisi eksperimental. Koefisien Atenuasi Massal. Melalui analisis unsur, dimungkinkan untuk melakukan evaluasi teoretis 𝜇 untuk kedua tanah dengan menggunakan kode komputer XCOM. Tabel 2 menggambarkan nilai yang dihitung dan eksperimental calculated dari tanah dalam penelitian. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa untuk foton energi rendah, seperti halnya 241Am, tanah lempung memiliki total atenuasi radiasi yang lebih tinggi dalam kaitannya dengan yang berpasir (RD + 26,7%), sedangkan untuk foton energi menengah, seperti adalah kasus 137Cs, hasilnya mengarah pada sedikit inversi (RD .61.6%). Satu penjelasan untuk respons diferensial seperti itu adalah jumlah Fe2O3 yang lebih tinggi di tanah lempung (perbedaan relatif + 79,3%) di bawah energi rendah. Untuk nilai energi yang sesuai dengan yang ditemukan dalam sumber 137Cs, perbedaan dalam komposisi kimia dari dua tanah menunjukkan sedikit gangguan pada nilai. Nilai-nilai ini variabel sesuai dengan yang diperoleh Ferraz dan Mansell untuk jenis tanah yang sama. Perbedaan kecil mengenai penelitian yang diterbitkan oleh penulis tersebut dianggap berasal dari perbedaan tekstur tanah [1]. Grafik variasi 𝜇 untuk air dan tanah yang dihitung oleh program XCOM sebagai fungsi dari energi radiasi (1 keV hingga 100 MeV) ditunjukkan pada Gambar 3. Kisaran energi ini terdiri dari dua energi yang paling banyak digunakan dalam evaluasi sifat fisik tanah melalui teknik GRA . Dengan menganalisis variasi calculated yang dihitung dengan hamburan yang koheren (Gambar 3 (b)) dimungkinkan untuk memverifikasi beberapa perbedaan kecil antara dua tanah, yang tetap konstan di seluruh spektrum energi yang dipertimbangkan dalam penelitian ini. Perilaku serupa diamati tentang efek fotolistrik. Di wilayah efek fotoelektrik, diperoleh persetujuan yang baik antara hasil yang diukur dan yang dihitung untuk kedua tanah. Mengenai hamburan yang tidak koheren (Gambar 3 (b)), tidak ada perbedaan yang signifikan antara tanah, yang sudah diperkirakan pada tingkat tertentu, karena efek ini menunjukkan ketergantungan linear pada 𝑍. Mengenai perbedaan yang diamati antara dua tanah di wilayah energi rendah, perbedaan tersebut dapat dijelaskan terutama oleh perbedaan signifikan dari Fe2O3 seperti yang dibahas sebelumnya.



Porositas Tanah. Beberapa atribut fisik tanah yang digunakan untuk mengevaluasi 𝜙 dengan metode tradisional dan nuklir disajikan pada Tabel 3. Kesamaan yang diamati antara nilai 𝜌𝑠 untuk dua sumber radioaktif adalah indikasi homogenitas dalam prosedur yang digunakan untuk mengisi kotak akrilik dengan tanah. Respon semacam itu penting untuk membandingkan hasil 𝜙 antara sumber radioaktif. Hasil dari 𝜙 yang dievaluasi dengan metode tradisional (MT) dan nuklir (MN) untuk 137C dan sumber sinar gamma 241Am dan tanah ditunjukkan dalam Gambar 4 dan 5. Untuk memperjelas diskusi tentang hasil, metode MN akan dibagi menjadi MN1 dan MN2, yang menggambarkan 𝜙 pengukuran masing-masing.



Daya tanggap untuk tanah berpasir dan sumber radioaktif 137Cs (Gambar 4 (a)) menunjukkan korelasi teratur hingga baik antara MNs dan MT. RD minimum yang diperoleh dengan menggunakan 𝜇 eksperimental menguatkan hasil ini. RD minimum dan maksimum terkait dengan posisi sampel yang dipindai (𝑝1 atau 𝑝2) (Gambar 2). Pilihan 𝑝1 dan 𝑝2 didasarkan pada percobaan yang dilakukan oleh Baytas¸ dan Akbal [15]. Selain itu, dua titik analisis ini juga dipilih untuk menguji pengaruh pengisian tanah ke dalam kotak dan dampaknya pada penentuan 𝑥𝑠. Nilai absolut RD dan nilai rata-rata mereka mempertimbangkan eksperimental 24 adalah 24,5% (MN1) dan 2,9% (MN2), masing-masing. Dengan mempertimbangkan calculated (XCOM) yang dihitung, RD minimum dan maksimum hampir sama dengan yang diperoleh untuk eksperimen 𝜇 untuk MN1



sementara kinerja untuk MN2 telah ditingkatkan (rata-rata absolut RD 0,6%). Hasil seperti itu menguatkan kualitas analisis unsur dan mengkonfirmasi korelasi yang baik yang diamati antara perhitungan teoritis dan eksperimental 𝜇 seperti yang ditunjukkan. Kesimpulan Dalam karya ini teknik atenuasi sinar gamma digunakan untuk evaluasi porositas tanah dengan menggunakan dua metode yang berbeda: yang pertama menggunakan atenuasi tanah melalui tanah kering dan melalui sampel jenuh dan yang kedua menggunakan atenuasi melalui tanah kering untuk mengevaluasi kerapatan curah tanah dan dengan menggunakan kerapatan partikel tanah porositas tanahnya diukur. Porositas tanah melalui metode tradisional memberikan korelasi yang lebih baik dengan metode kedua dalam kaitannya dengan metode pertama. Namun, ketika porositas tanah ditentukan melalui kadar air tanah pada saturasi dan kolimator 4 mm digunakan untuk mengkolimasi sinar gamma, metode pertama juga menghadirkan korelasi yang baik dengan yang tradisional.