DAFTAR ISIBAB I     PENDAHULUAN                                                                           3BAB II    STRUK...
Latihan                   57Rangkuman Bab V           58                  .                      2
FISIKA RADIASI DASAR                                    BAB I                             PENDAHULUANModul ini berisi peng...
7. menguraikan proses interaksi radiasi alfa dan beta bila mengenai materi; 8. menguraikan proses interaksi radiasi gamma ...
BAB II                       STRUKTUR DAN INTI ATOMRadiasi pada dasarnya adalah suatu cara perambatan energi dari sumber e...
A. Struktur Atom  Pada prinsipnya struktur atom belum diketahui secara pasti, mengingat  sangat kompleksnya struktur terse...
jumlahnya tidak sama maka dinamakan atom tidak netral atau ion. Sebagai   contoh, unsur emas memiliki 79 buah proton maka ...
Sebaliknya, energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya proses transisi  elektron dari kulit yang lebih dalam ke kulit yan...
neutronnya sebagaimana konvensi penulisan sebagai berikut.                                zxAX adalah simbol atom, Z adala...
Gambar II.3 Isotop Hidrogen                                                                   Elektron                    ...
dikatakan tidak stabil bila komposisi jumlah proton dan neutronnya     "tidak seimbang" atau tingkat energinya tidak berad...
6. Tentukan pasangan nuklida di bawah ini yang merupakan isotop, isobar,   isoton dan isomer.   27   Co60 dan 27Co60 * ; 2...
2. Atom terdiri atas inti atom (berisi proton dan neutron) serta elektron yang   mengelilingi inti atom pada lintasan tert...
BAB III                       PELURUHAN RADIOAKTIFInti atom yang tidak stabil secara spontan akan berubah menjadi inti ato...
Z   XA →    Z-2  YA-4 + α  Contoh peluruhan partikel Alfa yang terjadi di alam adalah:                                92  ...
Sedangkan dalam proses peluruhan β+ terjadi perubahan proton menjadi  neutron di dalam inti atom sehingga proses peluruhan...
Peluruhan γ dapat dituliskan sebagai berikut.                                   XA∗ → ZXA + γ                             ...
N = N 0 ⋅ e − λ ⋅t                               (III-3)  N adalah jumlah inti atom yang tidak stabil saat ini, N0 adalah ...
mempunyai waktu paro yang unik dan tetap. Sebagai contoh, Co-60 mempunyai waktu paro 5,27 tahun dan Ir-192 adalah 74 hari....
Jadi aktivitas Ir-192 pada tanggal 28 Mei ‘99 adalah 25 MBq.2. Suatu bahan radioaktif mempunyai aktivitas 100 MBq pada puk...
D. Aktivitas Jenis  Aktivitas jenis radioaktif (Asp) didefinisikan sebagai aktivitas dari satu gram  zat radioaktif terseb...
sedangkan Co-60 memancarkan 2 jenis radiasi β- dan 2 jenis radiasi γ. Dari  skema peluruhan tersebut juga dapat diketahui ...
6. Waktu paro Au-198 adalah 2,70 hari. Kalau aktivitas awal 35 curie,    berapakah aktivitasnya setelah 8,1 hari kemudian ...
-   Daya ionisasinya lebih kecil dari sinar α tetapi lebih besar dari sinar γ-   Daya tembusnya lebih besar dari sinar α t...
RANGKUMAN BAB III1. Dikenal tiga jenis peluruhan spontan yaitu peluruhan alfa, peluruhan beta,   dan peluruhan gamma.2. Da...
BAB IV                INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERIPada bagian ini akan dibahas interaksi yang terjadi antara radiasi de...
Energi radiasi setelah melakukan sebuah proses ionisasi (E0) akan lebih     kecil dibandingkan dengan energi mula-mula (Ei...
sebagaimana radiasi α, serta proses bremstrahlung, yaitu pemancaran radiasi  gelombang elektromagnetik (sinar-X kontinyu) ...
1. Ionisasi; eksitasi; de-eksitasi; bremstrahlung.   2. 7 %.C. Interaksi Sinar Gamma dan Sinar-X  Sinar γ dan sinar-X meru...
Gambar IV-5: Efek Fotolistrik2. Hamburan Compton        Gelombang Gambar IV-6: Hamburan Compton         Fotoelektron      ...
3. Produksi Pasangan  Proses produksi pasangan hanya terjadi bila energi foton datang hνi lebih  besar dari 1,02 MeV. Keti...
Hubungan antara intensitas radiasi yang datang (Io) dan intensitas yang   diteruskan (Ix) setelah melalui bahan penyerap s...
I x = ( 1 2 ) I 0 ; I x = ( 110 ) I 0                            n                   m                                    ...
Namun demikian, pada kenyataannya semakin tebal bahan tameng, semakin kompleks interaksi yang terjadi di dalamnya, sehingg...
E. Tameng Berlapis Banyak  Prinsip penghitungan tebal tameng yang dibicarakan sebelumnya adalah  tameng dengan bahan lapis...
energi neutron sudah sangat rendah --- adalah reaksi inti atau penangkapanneutron oleh inti atom bahan penyerap.1. Tumbuka...
Gambar IV.12. Peristiwa tumbukan non-elastik   3. Reaksi Inti (Penangkapan Neutron)      Bila energi neutron sudah sangat ...
c. Sedangkan dalam mekanisrne ………., neutron "masuk" ke dalam inti,         sehingga rnenghasilkan inti radibaktif.Jawaban:...
atom menyerap seluruh energi foton yang mengenainya.10. Efek Compton adalah peristiwa terlepasnya elektron dari orbitnya k...
BAB V                            SUMBER RADIASISumber radiasi dapat dibedakan berdasarkan asalnya yaitu sumber radiasi ala...
ketinggian, yaitu radiasi yang diterima akan semakin besar apabila  posisinya semakin tinggi. Tinggi radiasi yang diterima...
3. Sumber Radiasi di dalam Tubuh    Sumber radiasi alam lain adalah radionuklida yang ada di dalam tubuh    manusia. Sumbe...
Salah satu aplikasinya adalah untuk menghasilkan radiasi neutron  melalui reaksi (α,n), radionuklida yang sering dipakai a...
d. Pemancar Neutron     Radiasi neutron dapat dihasilkan dengan interaksi antara radiasi α     dengan bahan yang dapat mel...
menyebabkan elektron-elektron bergerak ke arah anoda.3. Fokus (focusing cup) berfungsi untuk mengarahkan pergerakan   elek...
Terdapat dua pengaturan (adjustment) pada pesawat sinar-X yaitu  pengaturan arus berkas elektron (mA) yaitu dengan mengatu...
4. Reaktor Nuklir  Mekanisme utama yang terjadi dalam reaktor nuklir adalah pembelahan  inti dengan persamaan reaksi sebag...
LATIHAN1. Sebutkan tiga sumber utama radiasi latar belakang!2. Siapakah yang menerima radiasi kosmik lebih besar, yang ber...
intensitas sinar-x yang dihasilkan, sedangkan tegangan tabung akan       mempengaruhi intensitas dan energi sinar- X yang ...
DAFTAR PUSTAKA  1. Herman Chamber, ”Introduction to Health Physics” 3rd Ed., McGraw-     Hill Book Company, Inc. (1996)  2...
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Ansn ind ins_dasar_fisika_radiasi

2,384

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
2,384
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
104
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Ansn ind ins_dasar_fisika_radiasi

  1. 1. DAFTAR ISIBAB I PENDAHULUAN 3BAB II STRUKTUR DAN INTI ATOM 5 A Struktur Atom 6 B Inti atom 9 1. Identifikasi Inti Atom (Nuklida) 9 2. Kestabilan Inti Atom 11 Latihan 13 Rangkuman Bab II. 14BAB III PELURUHAN RADIOAKTIF 17 A Jenis Peluruhan 17 1. Peluruhan Alfa 18 2. Peluruhan Beta 19 3. Peluruhan Gamma 20 B Aktivitas Radiasi 21 C Waktu Paro 23 D Aktivitas Jenis 25 E Skema Peluruhan 26 Latihan 27 Rangkuman Bab III 29BAB IV INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI 31 A Interaksi Partikel Alfa 31 1. Proses Ionisasi 32 2. Proses Eksitasi 32 B Interaksi Partikel Beta 33 C Interaksi Sinar Gamma dan Sinar-X 35 1. Efek Fotolistrik 36 2. Hamburan Compton 37 3. Produksi Pasangan 38 4. Ionisasi Tidak Langsung 38 5. Penyerapan Radiasi Gelombang Elektromagnet 39 D Faktor Penambahan (Build up Factor) F Tameng Berlapis Banyak .......................................................... G Interaksi Radiasi Neutron 44 1. Tumbukan Elastik 44 2. Tumbukan Tak-Elastik 45 3. Reaksi Inti (Penangkapan Neutron) 46 Latihan 47 Rangkuman Bab IV. 47BAB V SUMBER RADIASI 49 A Sumber Radiasi Alam 49 1. Sumber Radiasi Kosmik 49 2. Sumber Radiasi Terestrial 50 3. Sumber Radiasi di dalam Tubuh 51 B Sumber Radiasi Buatan 51 1. Zat Radioaktif 51 2. Pesawat Sinar-X 53 3. Akselerator 56 4. Reaktor Nuklir 56 1
  2. 2. Latihan 57Rangkuman Bab V 58 . 2
  3. 3. FISIKA RADIASI DASAR BAB I PENDAHULUANModul ini berisi pengetahuan dasar tentang Fisika Radiasi yang menjadilandasan bagi pengetahuan lain yang berhubungan dengan pemanfaatan danpengawasan tenaga nuklir, seperti aplikasi radiasi dan radioisotop, fisikakesehatan, proteksi radiasi, dan sebagainya.Dalam modul ini dibahas proses terjadinya radiasi dari atom atau inti atomyang tidak stabil, peluruhan inti atom yang tidak stabil, interaksi radiasi bilamengenai materi termasuk terjadinya reaksi inti, serta beberapa sumber radiasibaik sumber radiasi alam maupun sumber radiasi buatan.Tujuan Instruksional Umum:Setelah mempelajari materi ini peserta diharapkan mampu memahami prinsip-prinsip dasar fisika radiasi, seperti: proses terjadinya radiasi, proses peluruhaninti atom, interaksi radiasi dengan materi, serta prinsip dari beberapa sumberradiasi buatan.Tujuan Instruksional Khusus:Setelah mempelajari materi ini peserta diharapkan mampu:1. menggambarkan struktur atom berdasarkan model atom Bohr;2. menguraikan proses transisi elektron;3. membedakan isotop, isobar, isoton dan isomer;4. menentukan kestabilan inti atom;5. menyebutkan tiga jenis peluruhan radioaktif dan sifat radiasi yang dipancarkannya;6. menghitung aktivitas suatu bahan radioaktif menggunakan konsep waktu paro; 3
  4. 4. 7. menguraikan proses interaksi radiasi alfa dan beta bila mengenai materi; 8. menguraikan proses interaksi radiasi gamma dan sinar-X bila mengenai materi; 9. menguraikan proses interaksi radiasi neutron bila mengenai materi;10. menentukan tebal penahan radiasi menggunakan konsep tebal paro; gamma dan sinar-X;11. membedakan sumber radiasi alam dan buatan;12. menguraikan prinsip kerja pesawat sinar-X. 4
  5. 5. BAB II STRUKTUR DAN INTI ATOMRadiasi pada dasarnya adalah suatu cara perambatan energi dari sumber energike lingkungannya tanpa membutuhkan medium. Beberapa contohnya adalahperambatan panas, perambatan cahaya, dan perambatan gelombang radio.Radiasi yang akan dibahas di sini adalah radiasi yang berasal dari proses fisikayang terjadi di dalam atom.Semua bahan (materi) yang ada di alam ini tersusun dari berjuta-juta molekul,sedangkan molekul itu sendiri terdiri atas beberapa atom. Sebagai contoh,segelas air terdiri atas molekul-molekul H2O, sedang sebuah molekul H2Oterdiri atas dua buah atom hidrogen (dengan lambang H) dan sebuah atomoksigen (dengan lambang O). Jadi, atom itu sendiri dapat didefinisikan sebagaibagian terkecil dari suatu materi yang masih memiliki sifat dasar materitersebut. Atom mempunyai ukuran sekitar 10-10 m atau 1 angstrom (= 1 Å).Istilah lain yang sering digunakan untuk menyatakan jenis atom adalah unsur.Sampai saat ini telah diketemukan 107 jenis unsur.Atom terdiri atas inti atom dan elektron. Inti atom yang sering disebut sebagainuklir ataupun nuklida merupakan bagian dari atom yang memiliki massaterbesar (masif) dan berukuran sekitar 10-14 m atau 10-4 Å, sedangkan elektronyang mempunyai massa sangat ringan bertebaran memenuhi ruangan atom.Pada perkembangan selanjutnya ditemukan bahwa inti atom terdiri atas duajenis partikel yaitu proton dan neutron. Elektron merupakan partikel yangmempunyai muatan listrik negatif sebesar 1,6 x 10-19 Coulomb danmempunyai massa sebesar 9,1 x 10-31 kg. Proton mempunyai muatan listrikpositif dan massa 1,67 x 10-27 kg. Sedangkan neutron mempunyai massa 1,675x 10-27 kg dan tidak bermuatan listrik. Karena berhubungan dengan nilaimuatan dan massa yang sangat kecil, maka diperkenalkan suatu konstanta yangdisebut sebagai muatan elementer (e) sebesar 1,6 x 10-19 Coulomb dan massaelementer yang sering dituliskan sebagai satuan massa atom (sma) sebesar 1,6x 10-27 kg. 5
  6. 6. A. Struktur Atom Pada prinsipnya struktur atom belum diketahui secara pasti, mengingat sangat kompleksnya struktur tersebut. Namun demikian, banyak ahli telah membuat model atruktur atom sesuai dengan pemahaman yang didasarkan pada bukti-bukti pengamatan. Pemodelan struktur atom, sebenarnya merupakan usaha pendekatan dalam rangka memudahkan pemahaman. Model atom bervariasi mulai dari yang sederhana sampai dengan yang kompleks (model atom Bohr, model atom Rutherford, dsb.). Model atom Bohr merupakan model yang paling sering digunakan karena sederhana tetapi dapat menjelaskan banyak hal. Model ini menggambarkan bahwa atom terdiri atas inti atom, dan elektron-elektron yang mengelilingi inti atom dengan lintasan-lintasan atau kulit-kulit tertentu (lihat Gambar II.1). Inti atom itu sendiri terdiri atas proton dan neutron. Jenis atom yang sama mempunyai jumlah proton yang sama, sebaliknya atom yang berbeda memiliki jumlah proton yang berbeda. Sebagai contoh, unsur hidrogen (H) mempunyai sebuah proton, sedang unsur emas (Au) mempunyai 79 buah proton. Sebagai suatu konvensi, setiap jenis atom diberi suatu nomor yang disebut sebagai nomor atom berdasarkan jumlah proton yang dimilikinya. Sebagai contoh, nomor atom dari unsur hidrogen adalah 1 sedang nomor atom dari unsur emas adalah 79. Gambar II.1. Model atom Bohr Dipandang dari segi beratnya, massa suatu atom terkonsentrasi pada intinya, karena massa elektron dapat "diabaikan" bila dibandingkan dengan massa Inti Atom Elektron proton maupun neutron. Tetapi bila dipandang dari segi muatan listriknya, Lintasan Elektron muatan atom ditentukan oleh jumlah proton dan jumlah elektronnya. Bila jumlah proton dan jumlah elektron di dalam suatu atom sama, maka muatan atom tersebut nol sehingga dinamakan atom netral, sedangkan bila 6
  7. 7. jumlahnya tidak sama maka dinamakan atom tidak netral atau ion. Sebagai contoh, unsur emas memiliki 79 buah proton maka sebuah atom emas yang netral akan mempunyai 79 proton dan 79 elektron. Setiap lintasan elektron mempunyai tingkat energi tertentu. Semakin luar lintasannya, tingkat energinya semakin tinggi. Oleh karena itu elektron- elektron di dalam atom selalu berusaha untuk menempati lintasan elektron yang lebih dalam. Lintasan elektron yang paling dalam dinamakan lintasan K, lintasan berikutnya L, M, N dan seterusnya. Jumlah elektran yang dapat menempati setiap lintasan dibatasi oleh suatu aturan tertentu (2 x n 2). Lintasan K (n = 1) hanya dapat ditempati oleh dua buah elektron sedang lintasan L (n = 2) delapan elektron. Atom ada dalam keadaan stabil bila setiap lintasan yang lebih dalam berisi penuh dengan elektron sesuai dengan kapasitasnya. Sebaliknya, bila suatu lintasan elektron masih belum penuh tetapi terdapat elektron di lintasan yang lebih luar, maka atom tersebut dikatakan tidak stabil. Sebagai contoh suatu atom yang tidak stabil adalah bila lintasan K dari suatu atom hanya berisi sebuah elektron sedang pada lintasan L nya berisi enam elektron. Perpindahan Elektron Perpindahan elektron dari satu lintasan ke lintasan yang lain disebut sebagai transisi elektron. Bila transisi tersebut berasal dari lintasan yang lebih luar ke lintasan yang lebih dalam, maka akan dipancarkan energi, sebaliknya untuk transisi dari lintasan dalam ke lintasan yang lebih luar dibutuhkan energi. Energi yang dipancarkan oleh proses transisi elektron dari lintasan yang lebih luar ke lintasan lebih dalam berbentuk radiasi sinar-X karakteristik.Gambar II.2. Perpindahan elektron dari lintasan luar ke dalam (kiri) dan dari lintasan Energi Sinar-X dalam ke luar (kanan) Eksternal karakteristik Energi radiasi sinar-X (Ex) yang dipancarkan dalam proses transisi elektron ini adalah sama Atom Inti dengan selisih tingkat energi dari lintasan asal (Ea) dan lintasan tujuan (Et). Ex = Ea- Et Inti Atom Elektron Elektron Kulit K Kulit K 7 Kulit L Kulit L
  8. 8. Sebaliknya, energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya proses transisi elektron dari kulit yang lebih dalam ke kulit yang lebih luar harus lebih besar dari pada selisih tingkat energi dari lintasan asal dan lintasan tujuan. Proses ini disebut sebagai proses eksitasi, yang akan dibahas lebih lanjut pada Bab IV. Proses transisi elektron tidak hanya terjadi pada lintasan-lintasan yang berurutan, mungkin saja terjadi transisi dari lintasan M ke lintasan K dengan memancarkan radiasi sinar-X. Energi yang dipancarkan oleh transisi elektron dari lintasan M ke lintasan K lebih besar daripada transisi dari lintasan L ke lintasan K. Tingkat energi lintasan dari setiap atom tidak sama. Sebagai contoh, energi sinar-X yang dipancarkan oleh transisi elektron di dalam atom perak (Ag) akan berbeda dengan energi yang dipancarkan oleh transisi elektron dalam atom tungsten (W).B. Inti Atom Sebagaimana telah dibahas sebelumnya, inti atom atau nuklir terdiri alas proton dan neutron yang disebut sebagai nukleon (partikel penyusun inti atom). Jumlah proton dan jumlah neutron di dalam inti atom tidak selalu sama, oleh karena itu suatu unsur (jenis atom) yang sama mungkin saja terdiri alas inti atom yang berbeda, yaitu bila jumlah protonnya sama tetapi jumlah neutronnya berbeda. 1. Identifikasi Inti Atom (Nuklida) Nuklida adalah istilah lain yang digunakan untuk menyatakan suatu jenis inti atom. Nuklida atau jenis inti atom yang ada di alam ini jauh lebih banyak daripada unsur karena unsur yang sama mungkin saja terdiri atas nuklida yang berbeda. Unsur dituliskan dengan lambang atomnya, misalnya unsur emas adalah Au dan unsur besi adalah Fe. Sedangkan penulisan suatu nuklida atau jenis inti atom harus diikuti dengan jumlah 8
  9. 9. neutronnya sebagaimana konvensi penulisan sebagai berikut. zxAX adalah simbol atom, Z adalah nomor atom yang menunjukkan jumlahproton di dalam inti atom, sedang A adalah nomor massa yangmenunjukkan jumlah nukleon (jumlah proton + jumlah neutron).Meskipun tidak dituliskan pada simbol nuklida, jumlah neutron dapatdituliskan sebagai N dengan hubungan N=A-ZSebagai contoh nuklida 2He4 inti atom helium (He) yang mempunyai duabuah proton (Z = 2) dan dua buah neutron (N = A – Z = 2).Cara penulisan nuklida tersebut di atas merupakan konvensi ataukesepakatan saja dan bukan suatu ketentuan sehingga masih terdapatbeberapa cara penulisan yang berbeda. Salah satu cara penulisan lainyang paling sering dijumpai adalah tanpa menuliskan nomor atomnyaseperti berikut ini. xA atau X-AContoh: nuklida He4 atau He-4 dan Co60 atau Co-60. Nomor atom tidakdituliskan karena dapat diketahui dari jenis atomnya. Setiap atom yangberbeda akan memiliki jumlah proton yang berbeda sehingga nomoratomnya pun berbeda.Berkaitan dengan komposisi jumlah proton dan jumlah neutron di dalaminti atom, terdapat beberapa istilah yang yaitu: isotop, isobar, isoton danisomer.Isotop adalah nuklida-nuklida yang mempunyai nomor atom (jumlahproton) sama, tetapi mempunyai nomor massa (jumlah neutron) berbeda.Jadi, setiap unsur mungkin saja terdiri atas beberapa jenis nuklida yangsama. Sebagai contoh adalah isotop hidrogen sebagai berikut: 1H1 , 1H2 ,1H3. 9
  10. 10. Gambar II.3 Isotop Hidrogen Elektron Proton Isobar adalah nuklida-nuklida yang mempunyai nomor massa (jumlah proton + jumlah neutron) sama, tetapi mempunyai nomor atomNeutron (jumlah proton) berbeda. Contoh: 1 H 1 1 H2 1 H3 Hidrogen Deuterium Tritium 16 16 6C dan 8O Isoton adalah nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah neutron sama, tetapi mempunyai nomor atom dan jumlah proton berbeda. Contoh: 6C14 ; 7N15 dan 8O16 Isomer adalah nuklida-nuklida yang mempunyai nomor atom maupun nomor massa sama, tetapi mempunyai tingkat energi yang berbeda. Inti atom yang memiliki tingkat energi lebih tinggi daripada tingkat energi dasamya biasanya diberi tanda asterisk (*) atau m. 28Ni60 dan Ni60* atau 28 28Ni60m Kedua nuklida tersebut di atas mempunyai jumlah proton dan jumlah neutron yang sama tetapi tingkat energinya berbeda. Tingkat energi Ni60 berada pada keadaan dasarnya sedang Ni60* tidak pada keadaan dasarnya atau pada keadaan tereksitasi (excited-state).2. Kestabilan Inti Atom Komposisi jumlah proton dan neutron di dalam inti atom sangat mempengaruhi kestabilan inti atom tersebut. Inti atom dikatakan stabil bila komposisi jumlah proton dan neutronnya sudah "seimbang" serta tingkat energinya sudah berada pada keadaan dasar. Sedangkan inti atom 10
  11. 11. dikatakan tidak stabil bila komposisi jumlah proton dan neutronnya "tidak seimbang" atau tingkat energinya tidak berada pada keadaan dasar. Jumlah Isotop neutron (N) radioaktif Gambar II.4. Hubungan antara jumlah neutron dan jumlah proton alam Gambar II.4 di atas menunjukkan posisi (koordinat dari jumlah proton N=Z dan jumlah neutron) dari nuklida yang stabil. Bila posisi suatu nuklida tidak berada pada posisi sebagaimana kurva kestabilan maka nuklida tersebut tidak stabil. Secara umum, kestabilan inti-inti ringan terjadi bila jumlah protonnya sama dengan jumlah neutronnya, terlihat bahwa posisi 0 nuklida berhimpit dengan garis N = Z, sedang kestabilan (Z) Jumlah proton inti-inti berat terjadi bila jumlah neutron mendekati 1,5 kali jumlah protonnya. Isotop yang tidak stabil disebut sebagai radioisotop. Radioisotop dan radionuklida adalah istilah yang sama, yaitu menunjukkan inti-inti atom yang tidak stabil. Sedangkan bahan yang terdiri atas radionuklida dengan jumlah cukup banyak disebut bahan radioaktif. Proses perubahan atau transformasi inti atom yang tidak stabil menjadi atom yang stabil tersebut dinamakan peluruhan radioaktif. Proses peluruhan radioaktif seringkali harus melalui beberapa tingkatan intermediet (antara) sebelum menjadi inti atom yang stabil. Peluruhan seperti ini dinamakan peluruhan berantai. LATIHAN1. Sebutkan muatan dan massa dari partikel-partikel elementer penyusun atom.2. Jelaskan prinsip dasar struktur atom Bohr3. Jelaskan maksud dari atom yang tidak netral (ion) dan atom yg tidak stabil4. Jelaskan proses terjadinya sinar-X karakteristik5. Tentukan jumlah proton dan neutron dari nuklida 19K40 dan 92U235 . Kemudian hitung muatan dan massa dari nuklida 2He4 . 11
  12. 12. 6. Tentukan pasangan nuklida di bawah ini yang merupakan isotop, isobar, isoton dan isomer. 27 Co60 dan 27Co60 * ; 27Co60 dan 27Co59 ; 27Co60 dan 28Ni60 ; 27Co60 dan 28Ni617. Jelaskan, mengapa suatu inti atom dikatakan tidak stabil.8. Jelaskan, apa yang dimaksud dengan peluruhan radioaktif.Jawaban1. Lihat Tabel II.12. Struktur atom Bohr menyatakan atom terdiri dari inti atom yang berisi proton dan neutron, serta elektron yang mengitari inti pada lintasannya masing-masing.3. Atom tidak netral (ion) adalah atom yang memiliki proton dan elektron dengan jumlah berbeda. Atom dikatakan tidak stabil bila lintasan elektron yang lebih dalam belum terisi penuh tapi lintasan yang lebih luar sudah berisi elektron.4. Radiasi sinar-X karakteristik terjadi pada saat elektron berpindah (transisi) dari lintasan yg lebih luar ke lintasan yang lebih dalam.5. 19K40 : jumlah proton = 19; jumlah neutron = 21 92 U235 : jumlah proton = 92; jumlah neutron = 143 2He4 : muatan nuklida = 2 x 1,6 x 10-19 C = 3,2 x 10-19 C massa nuklida = 4 x 1,67 x 10-27 C = 6,68 x 10-27 kg6. Isomer, isotop, isobar, isoton7. Inti dikatakan tidak stabil apabila komposisi proton dan neutronnya "tidak seimbang" atau tingkat energinya tidak berada pada keadaan dasar, lihat tabel nuklida.8. Peluruhan radioaktif adalah proses transformasi inti atom yang tidak stabil menjadi inti atom yang lebih stabil. RANGKUMAN BAB II1. Atom adalah bagian terkecil dari suatu materi yang masih memiliki sifat materi tersebut. 12
  13. 13. 2. Atom terdiri atas inti atom (berisi proton dan neutron) serta elektron yang mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu.3. Muatan dan massa dari elektron, proton dan neutron adalah sebagaimana tabel berikut: Tabel II.1 Harga muatan dan massa dari partikel elementer Partikel Muatan Listrik Massa Coulomb Elementer Kg sma Elektron - 1,6 x 10-19 -1 9,1 x 10-31 0 Proton + 1,6 x 10-19 +1 1,67 x 10-27 1 Neutron 0 0 1, 67 X 10-27 14. Transisi elektron dari lintasan yang lebih luar ke lintasan yang lebih dalam akan memancarkan radiasi sinar-X karakteristik. Sebaliknya, transisi elektron dari lintasan yang lebih dalam ke lintasan yang lebih luar akan membutuhkan energi eksternal.5. Penulisan nuklida adalah ZXA dengan X adalah simbol atom, Z adalah nomor atom (jumlah proton), A adalah nomor massa (jumlah proton ditambah jumlah neutron).6. Isotop adalah inti-inti atom yang mempunyai nomor atom sama tetapi mempunyai nomor massa berbeda.7. Isobar adalah inti-inti atom yang mempunyai nomor massa sama tetapi mempunyai nomor atom berbeda.8. Isoton adalah inti-inti atom atau nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah neutron sama tetapi mempunyai nomor atom berbeda.9. Isomer adalah inti-inti atom yang mempunyai nomor atom maupun nomor massa sama tetapi mempunyai tingkat energi yang berbeda.10. Peluruhan radioaktif adalah perubahan inti atom yang tidak stabil menjadi inti atom yang stabil. Inti atom yang tidak stabil dapat disebut sebagai radionuklida atau radioisotop. Bahan yang terdiri atas inti atom yang tidak stabil dengan jumlah yang cukup banyak disebut bahan radioaktif. 13
  14. 14. BAB III PELURUHAN RADIOAKTIFInti atom yang tidak stabil secara spontan akan berubah menjadi inti atom yanglebih stabil. Proses perubahan tersebut dinamakan peluruhan radioaktif(radioactive decay). Dalam setiap proses peluruhan akan dipancarkan radiasi.Bila ketidakstabilan inti disebabkan karena komposisi jumlah proton danneutronnya yang tidak seimbang, maka inti tersebut akan berubah denganmemancarkan radiasi alfa (α) atau radiasi beta (β). Sedangkan bilaketidakstabilannya disebabkan karena tingkat energinya yang tidak berada padakeadaan dasar, maka akan berubah dengan memancarkan radiasi gamma (γ).A. Jenis Peluruhan Terdapat tiga jenis peluruhan radioaktif secara spontan yaitu peluruhan alfa (α), peluruhan beta (β), dan peluruhan gamma (γ). Jenis peluruhan atau jenis radiasi yang dipancarkan dari suatu proses peluruhan ditentukan dari posisi inti atom yang tidak stabil tersebut dalam diagram N-Z. 1. Peluruhan Alfa (α) Peluruhan alfa dominan terjadi pada inti-inti tidak stabil yang relatif berat (nomor atom lebih besar dari 80). Dalam peluruhan ini akan dipancarkan partikel alfa (α) yaitu suatu partikel yang terdiri atas dua proton dan dua neutron, yang berarti mempunyai massa 4 sma dan muatan 2 muatan elementer positif. Partikel α secara simbolik dinyatakan dengan simbol 2He4. Radionuklida yang mengalami peluruhan akan kehilangan dua proton dan dua neutron serta membentuk nuklida baru. Peristiwa peluruhan α ini dapat dituliskan secara simbolik melalui reaksi inti sebagai berikut: 14
  15. 15. Z XA → Z-2 YA-4 + α Contoh peluruhan partikel Alfa yang terjadi di alam adalah: 92 U238 → 90 Th234 +α Sifat Radiasi Alfa a. Daya ionisasi partikel alfa sangat besar, kurang lebih 100 kali daya ionisasi partikel β dan 10.000 kali daya ionisasi sinar γ. b. Jarak jangkauan (tembus) nya sangat pendek, hanya beberapa mm udara, bergantung pada energinya. c. Partikel α akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau medan listrik. d. Kecepatan partikel α bervariasi antara 1/100 hingga 1/10 kecepatan cahaya.2. Peluruhan Beta (β) Peluruhan beta terjadi pada inti tidak stabil yang relatif ringan. Dalam peluruhan ini akan dipancarkan partikel beta yang mungkin bermuatan negatif (β-) atau bermuatan positif (β+). Partikel β- identik dengan elektron sedangkan partikel β+ identik dengan elektron yang bermuatan positif (positron). Pada diagram N-Z, peluruhan β- terjadi bila nuklida tidak stabil berada di atas kurva kestabilan sedangkan peluruhan β+ terjadi bila nuklidanya berada di bawah kurva kestabilan. Dalam proses peluruhan β- terjadi perubahan neutron menjadi proton di dalam inti atom sehingga proses peluruhan ini dapat dituliskan sebagai persamaan inti berikut. XA → Z Z+1 Y A + β- + ν Contoh: 15 P32 → 16S32 + β- + ν 15
  16. 16. Sedangkan dalam proses peluruhan β+ terjadi perubahan proton menjadi neutron di dalam inti atom sehingga proses peluruhan ini dapat dituliskan sebagai persamaan inti berikut. Z XA → YA + β+ + ν- Z-1 Contoh: 8 O15 → 7N15 + β+ + ν- Neutrino (ν+) dan antineutrino (ν-) adalah partikel yg tidak bermassa tetapi berenergi yg selalu mengiringi peluruhan β. Sifat Radiasi Beta a. Daya ionisasinya di udara 1/100 kali dari partikel α b. Jarak jangkauannya lebih jauh daripada partikel α, di udara dapat beberapa cm. c. Kecepatan partikel β berkisar antara 1/100 hingga 99/100 kecepatan cahaya. d. Karena sangat ringan, maka partikel β mudah sekali dihamburkan jika melewati medium. e. Partikel β akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau medan listrik.3. Peluruhan Gamma (γ) Berbeda dengan dua jenis peluruhan sebelumnya, peluruhan gamma tidak menyebabkan perubahan nomor atom maupun nomor massa, karena radiasi yang dipancarkan dalam peluruhan ini berupa gelombang elektromagnetik (foton). Peluruhap ini dapat terjadi bila energi inti atom tidak berada pada keadaan dasar (ground state), atau pada bab sebelumnya dikatakan sebagai inti atom yang isomer. Peluruhan ini dapat terjadi pada inti berat maupun ringan, di atas maupun di bawah kurva kestabilan. Biasanya, peluruhan γ ini mengikuti peluruhan α ataupun β. 16
  17. 17. Peluruhan γ dapat dituliskan sebagai berikut. XA∗ → ZXA + γ Z Salah satu contoh peluruhan gamma yang mengikuti peluruhan β 27Co60 → 28Ni60∗ + β- 28 Ni60∗ → 28 Ni60 + γ Sifat Radiasi Gamma a. Sinar y dipancarkan oleh nuklida tereksitasi (isomer) dengan panjang gelombang antara 0,005 Å hingga 0,5 Å b. Daya ionisasinya di dalam medium sangat kecil sehingga daya tembusnya sangat besar bila dibandingkan dengan daya tembus partikel α atau β c. Karena tidak bermuatan, sinar γ tidak dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnitB. Aktivitas Radiasi Sebagaimana telah dibahas pada bab sebelumnya bahwa inti yang tidak stabil akan berubah menjadi stabil dengan memancarkan radiasi (proses peluruhan). Laju peluruhan - jumlah proses peluruhan per satuan waktu (∆ N/∆t) - sebanding dengan jumlah inti yang tidak stabil (N) dan suatu konstanta yang disebut sebagai konstanta peluruhan (γ). ∆N = λ⋅N ∆t (III-1) Aktivitas radiasi didefinisikan sebagai jumlah peluruhan yang terjadi dalam satu detik, atau dengan kata lain adalah laju peluruhan itu sendiri. A = λ ⋅t (III-2) Dari dua persamaan di atas, secara matematis akan diperoleh persamaan yang disebut sebagai hukum peluruhan yaitu: 17
  18. 18. N = N 0 ⋅ e − λ ⋅t (III-3) N adalah jumlah inti atom yang tidak stabil saat ini, N0 adalah jumlah inti atom yang tidak stabil saat mula-mula, λ adalah konstanta peluruhan sedangkan t adalah selang waktu antara saat mula-mula sampai saat ini. Persamaan di atas dapat diubah menjadi bentuk aktivitas sebagai berikut. − λ ⋅t A = A0 ⋅ e (III -4) di mana A adalah aktivitas pada saat t, sedangkan A0 adalah aktivitas mula- mula. Persamaan III-4 di atas dapat digambarkan dalam grafik eksponensial yang menunjukkan hubungan antara aktivitas radioaktif terhadap waktu (Gambar III-2). Gambar III-2. Aktivitas radioaktif sebagai fungsi waktuSatuan AktivitasSejak tahun 1976 dalam sistem satuan intemasional (SI) aktivitas radiasidinyatakan dalam satuan Beqcuerel (Bq) yang didefinisikan sebagai: Aktivitas (A) 1 Bq = 1 peluruhan per detik Aktivitas awalSebelum itu digunakan satuan Curie (Ci) untuk menyatakan aktivitas radiasi (Ao)yang didefinisikan sebagai: 1 Ci = 3,7 x 1010 peluruhan per detikdan satuan-satuan berkaitan yang lebih kecil yaitu mili Curie (mCi) dan microCurie (µCi), 1 mCi = 10-3 Ci 1 µCi = 10-6 Ci WaktuC. Waktu Paro Waktu paro (T1/2) didefinisikan sebagai selang waktu yang dibutuhkan agar aktivitas suatu radioaktif menjadi separuhnya setiap radionuklida 18
  19. 19. mempunyai waktu paro yang unik dan tetap. Sebagai contoh, Co-60 mempunyai waktu paro 5,27 tahun dan Ir-192 adalah 74 hari. Gambar III-3: Hubungan antara aktivitas radioaktif dan waktu paro Nilai waktu paro suatu radionuklida dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini. 0,693 T1 / 2 = (III-5) λ Konsep waktu paro ini sangat bermanfaat untuk menghitung aktivitas suatu radionuklida dibandingkan bila harus menggunakan persamaan matematis Aktivitas (A) Aktivitas (III-4). Bila selang waktunya(Ao) dengan satu kali T1/2 maka aktivitasnya awal sama tinggal 0,5 nya, sedang kalau dua kali T1/2 , maka aktivitasnya tinggal 0,25 nya, dan seterusnya. Dapat juga menggunakan hubungan berikut ini. A = ( 1 2 ) ⋅ A0 n ½ Ao t (III-6) n= T 12 ¼ Ao t adalah selang waktu antara saat mula-mula sampai saat pengukuran, T½ 2T½ Waktu (t) sedangkan T 12 adalah waktu paro radionuklida. CONTOH SOAL1. Sumber Ir-192 mempunyai aktivitas 100 MBq pada tanggal 1 Januari 1999. Berapa aktivitasnya pada tanggal 28 Mei 1999 jika 1r-192 mempunyai waktu paro T 12 = 74 hari? Jawab: Selang waktu t = 1 Januari - 28 Mei 1999 = 148 hari n = 148 / 74 = 2 A = ( 1 2 ) ⋅ 100 MBq 2 = 25MBq 19
  20. 20. Jadi aktivitas Ir-192 pada tanggal 28 Mei ‘99 adalah 25 MBq.2. Suatu bahan radioaktif mempunyai aktivitas 100 MBq pada pukul 08.00 WIB Sedangkan pada pukul 14.00 WIB aktivitasnya tinggal 25 MBq. Berapa waktu paro T 12 bahan radioaktif tersebut? Jawab: Ao = 100 MBq, A(t) = 25 MBq, dan waktu t = 6 jam. Setelah 6 jam aktivitasnya tinggal 25 / 100 = 1 4 kali yang berarti telah mencapai 2 kali T 12 . 2 x T 12 = 6 Jam, maka T 12 = 3 jam. 20
  21. 21. D. Aktivitas Jenis Aktivitas jenis radioaktif (Asp) didefinisikan sebagai aktivitas dari satu gram zat radioaktif tersebut, biasanya dinyatakan dalam satuan Ci/gram. Makin pendek waktu paro unsur radioaktif, makin besar aktivitas jenisnya. Asp = λ × N sp (III-7) 6,02 × 1023 N sp = (III-8) A Asp adalah jumlah atom dalam satu gram zat radioaktif, sedang A adalah nomor massanya. CONTOH SOALAktivitas jenis Ra-226 yang mempunyai waktu paro 1620 tahun adalah: 0,693 6,02 × 10 23 Asp = ⋅ 1620 × 365 × 24 × 3600 226 Asp = 0,97Ci / gramE. Skema Peluruhan Proses peluruhan suatu radionuklida dari keadaan tidak stabil menjadi stabil ternyata menempuh tahapan tertentu yang dapat digambarkan dalam suatu skema peluruhan. Gambar berikut ini menunjukkan dua contoh yaitu skema peluruhan Cs-137 dan Co-60. Cs137 Co60 55 (T ½ = 30 tahun) 27 (T ½ = 5,26 tahun) β1 (95%) III.4. Skema Peluruhan Cs-137 dan Co-60 (99%) Gambar β1 0,6616 MeV 2,5057 MeV γ (85%) γ1 Terlihat dari skema peluruhan di atas bahwa dalam perjalanannya menuju β2 (5%) β2 (5%) stabil Cs-137 memancarkan0,0 2 jenis radiasi β- dan sebuah radiasi γ, MeV 1,3325 MeV γ2 56 Ba137 0,0 MeV 21 28 Ni60 (stabil)
  22. 22. sedangkan Co-60 memancarkan 2 jenis radiasi β- dan 2 jenis radiasi γ. Dari skema peluruhan tersebut juga dapat diketahui tingkat energi dari setiap radiasi yang dipancarkan maupun probabilitas jumlah (kuantitas) pancarannya. LATIHAN1. Tiga jenis peluruhan secara spontan dari suatu nuklida adalah sebagai berikut, kecuali a. alfa b. Beta c. gamma d. neutron2. Suatu radionuklida ZPA memancarkan radiasi α, maka reaksi inti pada proses tersebut: a. Z p A →Z + 2 P A + α b. Z p A →Z − 2 P A+ 4 + α c. Z p A →Z − 2 P A− 4 + α d. Z p A + α → Z + 2 P A + 43. Setiap radionuklida mempunyai : a. waktu paro yang unik b. waktu paro dan aktivitas yang sama c. waktu paro dan spektrum energi yang unik d. tidak ada jawaban yang benar4. Yang dimaksud dengan waktu paro (half life) adalah: a. waktu yang diperlukan agar aktivitas zat radioaktif bertambah separonya b. waktu yang diperlukan aktivitas zat radioaktif bertambah menjadi dua kalinya c. waktu yang diperlukan aktivitas zat radioaktif berkurang menjadi separonya d. waktu yang diperlukan untuk menurunkan aktivitas radiasi5. Suatu zat radioaktif dengan waktu paro pendek akan menyebabkan: a. konstanta peluruhannya besar dan lambat meluruhnya b. konstanta peluruhannya kecil dan cepat meluruhnya c. konstanta peluruhannya tetap dan aktivitasnya tetap d. konstanta peluruhannya besar serta lebih cepat meluruhnya 22
  23. 23. 6. Waktu paro Au-198 adalah 2,70 hari. Kalau aktivitas awal 35 curie, berapakah aktivitasnya setelah 8,1 hari kemudian dinyatakan dalam persen? a. 7,5 % b. 12,5% c. 15% d.8%7. Pengukuran aktivitas radiasi dua sumber radiasi sesuai data dibawah ini: Waktu Aktivitas Sumber A Aktivitas S umber B Senin, jam 8.00 300 Ci 200 Ci Kamis, jam 8.00 150 Ci 25 Ci Selisih waktu paro kedua sumber radiasi tersebut: a. 1 hari b. 2 hari c. 3 hari d. 4 hari8. Berapakah jumlah radiasi gamma dengan energi 1,332 Mev yang akan dipancarkan per detik oleh nuklida Co-60 dengan aktivitas 10.000 Bq? a. 1,99 x 10.000 b. 0,99 x 10.000 c. 10.000 d. 0,01 x 10.0009. Apa yang dimaksud dengan daya ionisasi suatu partikel?10. Berapakah muatan listrik untuk partikel α, partikel β dan foton γ?11. Mengapa radiasi α dan β dibelokkan oleh medan magnet?12. Sebutkan 3 sifat radiasi α, β dan γ!Jawaban: l. d 2. c 3. c 4. c 5. d 6. b 7. b 8. b9. Kemampuan suatu partikel untuk mengionisasi atom yang dilewatinya.10. - muatan listrik partikel α = +2 - muatan listrik partikel β = -1 atau + 1 - muatan foton γ = 011. Karena radiasi α dan β bermuatan listrik12. Sifat radiasi α: - Daya ionisasi lebih besar dari daya ionisasi α dan γ. Partikel α merupakan inti Helium - Daya tembusnya lebih kecil dari radiasi β dan γ. Sifat radiasi β: 23
  24. 24. - Daya ionisasinya lebih kecil dari sinar α tetapi lebih besar dari sinar γ- Daya tembusnya lebih besar dari sinar α tetapi lebih kecil dari sinar γ- Mudah dihamburkan jika melewati mediumSifat radiasi γ:- Daya ionisasinya lebih kecil dari sinar β- Daya tembusnya lebih besar- Merupakan radiasi gelombang elektromagnetik 24
  25. 25. RANGKUMAN BAB III1. Dikenal tiga jenis peluruhan spontan yaitu peluruhan alfa, peluruhan beta, dan peluruhan gamma.2. Dalam peluruhan α akan dipancarkan partikel α yang identik dengan inti atom Helium, bermuatan dua positif dan bermassa 4 sma. Nuklida yang meluruh akan kehilangan dua proton dan dua neutron, sehingga membentuk nuklida baru.3. Dalam peluruhan β, terjadi perubahan neutron menjadi proton di dalam nuklida yang meluruh sehingga berubah menjadi nuklida baru. Sebaliknya dalam peluruhan β+, terjadi perubahan proton menjadi neutron. Partikel β identik dengan elektron sedang β+ identik dengan positron (elektron yang bermuatan positif).4. Peluruhan gamma terjadi pada nuklida yang dalam keadaan tereksitasi (isomer). Nuklida yang mengalami peluruhan gamma tidak berubah menjadi nuklida baru.5. Radiasi yang dipancarkan dalam peluruhan spontan berupa partikel bermuatan seperti partikel α dan β atau gelombang elektromagnetik seperti sinar γ.6. Radionuklida meluruh mengikuti persamaan eksponensial berikut A = A0 ⋅ e − λ ⋅t7. Waktu paro dapat digunakan untuk menentukan laju peluruhan (aktivitas) suatu zat radioaktif. Waktu paro merupakan waktu yang diperlukan sehingga jumlah inti atom yang tidak stabil (atau aktivitas) berkurang menjadi separuhnya. 25
  26. 26. BAB IV INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERIPada bagian ini akan dibahas interaksi yang terjadi antara radiasi dengan materiyang dilaluinya. Secara umum interaksi radiasi dapat dibedakan atas tiga jenisradiasi yaitu radiasi partikel bermuatan, seperti radiasi α dan β radiasi partikeltidak bermuatan yaitu radiasi neutron; dan radiasi gelombang elektromagnetik,seperti radiasi γ dan sinar-X.A. Interaksi Partikel Alfa Dibandingkan dengan radiasi yang lain, partikel α secara fisik maupun elektrik relatif besar. Selama melintas di dalam bahan penyerap, partikel α ini sangat mempengaruhi elektron-elektron orbit dari atom-atom bahan penyerap karena, adanya gaya Coulomb. Oleh karena itu, radiasi α sangat mudah diserap di dalam materi atau daya tembusnya sangat pendek. Radiasi α yang mempunyai energi 3,5 MeV hanya dapat menembus 20 mm udara atau hanya dapat menembus 0,03 mm jaringan tubuh. lnteraksi radiasi α dengan materi yang dominan adalah proses ionisasi dan eksitasi. lnteraksi lainnya dengan probabilitas jauh lebih kecil adalah reaksi inti, yaitu perubahan inti atom materi yang dilaluinya menjadi inti atom yang lain, biasanya berubah menjadi inti atom yang tidak stabil. 1. Proses Ionisasi Ketika radiasi α (bermuatan positif) melalui materi maka terdapat beberapa elektron (bermuatan negatif) yang akan terlepas dari orbitnya Elektron karena adanya gaya tarik Coulomb. Proses terlepasnya elektron dari lepas Radiasi, E0 suatu atom dinamakan sebagai proses ionisasi. Radiasi, Ei Inti Gambar IV.1: Proses ionisasi Lintasan elektron 26 Elektron
  27. 27. Energi radiasi setelah melakukan sebuah proses ionisasi (E0) akan lebih kecil dibandingkan dengan energi mula-mula (Ei), berkurang sebesar energi yang dibutuhkan untuk melangsungkan proses ionisasi. Setelah terjadi ionisasi maka atomnya akan bermuatan positif dan disebut sebagai ion positif. Setelah melalui beberapa kali (beribu-ribu) proses ionisasi, maka energi radiasinya akan habis. 2. Proses Eksitasi Proses ini mirip dengan proses ionisasi, perbedaannya dalam proses eksitasi, elektron tidak sampai lepas dari atomnya hanya berpindah ke lintasan yang lebih luar. Gambar IV.2. Proses eksitasi Radiasi, E0 Elektron Sebagaimana proses ionisasi, energi radiasi setelah melakukan proses pindah eksitasi (E0) juga berkurang sebesar energi yang dibutuhkan untuk Inti melangsungkan proses eksitasi. Energi yang dibutuhkan untuk Lintasan melakukan eksitasi tidak sebesar energi yang elektron dibutuhkan untuk Radiasi, E1 mengionisasi. Setelah melakukan beberapa kali (beribu-ribu) proses eksitasi, maka energi radiasinya akan habis. Elektron Proses eksitasi ini selalu diikuti oleh proses de-eksitasi yaitu proses transisi elektron dari kulit yang lebih luar ke kulit yang lebih dalam dengan memancarkan radiasi sinar-X karakteristik.B. Interaksi Partikel Beta Dibandingkan dengan partikel alfa, massa dan muatan partikel beta lebih kecil sehingga kurang diserap oleh materi atau daya tembusnya lebih besar. Sinar-X Partikel beta dengan energi sebesar 3,5 MeV dapat melintas di udara sejauh Bremstrahlung 11 meter atauPartikelmencapai jarak sekitar 15 mm) di dalam jaringan tubuh. dapat β Interaksi radiasi β dengan materi adalah proses ionisasi dan eksitasi Lintasan elektron Inti Atom 27 Elektron
  28. 28. sebagaimana radiasi α, serta proses bremstrahlung, yaitu pemancaran radiasi gelombang elektromagnetik (sinar-X kontinyu) ketika radiasi β, dibelokkan atau diperlambat oleh inti atom yang bermuatan positif. Ukuran partikel β jauh lebih kecil dan kecepatannya jauh lebih tinggi dibandingkan dengan partikel α sehingga partikel β dapat "masuk" mendekati inti atom. Gambar IV.3. Proses terbentuknya Sinar-X bremstrahlung Fraksi energi (f) dari sinar-X bremstrahlung yang dihasilkan dapat ditentukan menggunakan persamaan empiris berikut ini. f = 3,5 x10−4 ⋅ Z ⋅ Emaks (IV-1) dengan Z adalah nomor atom bahan penyerap sedangkan Emaks adalah energi maksimum dari partikel beta (dalam Me V). Dari persamaan (IV -1) di atas dapat disimpulkan bahwa: 1. Energi partikel β yang lebih besar akan menghasilkan radiasi bremstrahlung yang lebih besar. 2. Semakin besar nomor atom bahan penyerap (semakin berat) akan menghasilkan radiasi sinar-X yang lebih besar pula. LATIHAN1. Sebutkan nama dari masing-masing proses di bawah ini. 1. Sebutkan interaksi yang terjadi di bawah ini: - Proses terlepasnya elektron dari atomnya. - Proses transisi elektron ke orbit yang lebih tinggi. - Proses transisi elektron ke orbit yang lebih rendah. - Proses terbentuknya sinar-X karena partikel β dibelokkan oleh inti atom. 2. Tentukan fraksi energi dari sinar-X bremstrahlung yang dihasilkan oleh radiasi β dari P-32 (Emaks = 1,7 MeV) ketika mengenai timah hitam (Z = 82).Jawaban: 28
  29. 29. 1. Ionisasi; eksitasi; de-eksitasi; bremstrahlung. 2. 7 %.C. Interaksi Sinar Gamma dan Sinar-X Sinar γ dan sinar-X merupakan radiasi gelombang elektromagnetik yang berarti tidak mempunyai massa maupun muatan listrik. Oleh karena itu, sinar γ dan sinar-X sangat sulit untuk diserap oleh materi, atau daya tembusnya sangat besar. Proses interaksi antara sinar γ dan sinar-X dengan materi adalah efek fotolistrik, efek Compton dan produksi pasangan. Probabilitas terjadinya antara tiga proses tersebut sangat ditentukan oleh energi radiasi dan jenis materi (nomor atom) penyerapnya. Gambar IV-4: Probabilitas interaksi atom dengan materi 1. Efek Fotolistrik Pada efek fotolistrik, enegi foton diserap oleh elektron orbit, sehingga elektron tersebut terlepas dari atom. Elektron yang dilepaskan dalam Nomor prosesAtom ini, disebut fotoelektron, mempunyai energi sebesar energi foton 100 yang mengenainya. Efek Produksi Fotolistrik Pasangan dominan dominan Efek fotolistrik sangat dominan terjadi bila foton berenergi rendah di bawah 0,5 Me V dan lebih banyak terjadi pada material dengan Z yang 50 Fotoelektron Gelombang (berenergi) besar. Sebagai contoh efek fotolistrik lebih banyak terjadi pada timah Elektromagnet Efek Compton hitam (Z=82) daripada tembaga (Z=29). dominan 0 Lintasan 0 0,1 1 10 100 elektron Energi Foton (MeV) Inti Atom 29 Elektron
  30. 30. Gambar IV-5: Efek Fotolistrik2. Hamburan Compton Gelombang Gambar IV-6: Hamburan Compton Fotoelektron Elektromagnet, (berenergi) Ei=hνi Pada hamburan Compton, foton dengan energi hνi bertumbukan dengan Eo=hνo elektron terluar dari atom, selanjutnya foton dengan energi hν0 Lintasan elektron dihamburkan dan sebuah fotoelektron lepas dari ikatannya. Energi Inti Atom kinetik elektron (Ee) sebesar selisih energi foton masuk dan foton keluar. Elektron Ee = hvi − hv0 (IV -2) Hamburan Compton sangat dominan terjadi bila foton berenergi sedang (di atas 0,5 MeV) dan lebih banyak terjadi pada material dengan Z yang rendah. 30
  31. 31. 3. Produksi Pasangan Proses produksi pasangan hanya terjadi bila energi foton datang hνi lebih besar dari 1,02 MeV. Ketika foton "sampai" ke dekat inti atom maka foton tersebut akan lenyap dan berubah menjadi sepasang elektron- positron. Positron adalah partikel yang identik dengan elektron tetapi bermuatan positif. Energi kinetik total dari dua partikel tersebut sama dengan energi foton yang datang dikurangi 1,02 MeV. Ee + + Ee − = hvi − 1.02 Mev (IV -3) Ee+ adalah energi kinetik positron dan Ee- energi kinetik elektron. Elektron GelombangGambar IV.7. Produksi Pasangan Elektromagnet4. Ionisasi Tidak Langsung Lintasan elektron Dari tiga interaksi gelombang elektromagnetik tersebut Positron terlihat Inti Atom diatas bahwa semua interaksi menghasilkan partikel bermuatan (elektron atau positron) yang berenergi.Elektron atau positron yang berenergi tersebut Elektron dalam pergerakannya akan mengionisasi atom-atom bahan yang dilaluinya sehingga dengan kata lain, gelombang elektromagnetik juga dapat mengionisasi bahan tetapi secara tidak langsung.5. Penyerapan Radiasi Gelombang Elektromagnetik Berbeda dengan radiasi partikel bermuatan (α atau β), daya tembus radiasi gamma dan sinar-X sangat tinggi bahkan tidak dapat diserap, secara keseluruhan. Gambar IV.8. Penyerapan Radiasi Gelombang Elektromagnetik Io Bahan Penyerap Ix 31 x
  32. 32. Hubungan antara intensitas radiasi yang datang (Io) dan intensitas yang diteruskan (Ix) setelah melalui bahan penyerap setebal x adalah sebagai berikut. I x = I 0 ⋅ e −µ ⋅x (IV-4) µ adalah koefisien serap linier bahan terhadap radiasi gamma dan sinar- X. µ sangat dipengaruhi oleh jenis bahan penyerap, nomor atom (Z) dan densitas (ρ) serta energi radiasi yang mengenainya. Nilai tebal bahan penyerap bisa dalam satuan panjang (mm; cm) ataupun dalam satuan massa persatuan luas (gr/cm2). TerIihat bahwa persamaan (IV-4) di atas merupakan persamaan eksponensial seperti persamaan peluruhan radioaktif sehingga dapat digambarkan sebagai berikut. GambaI IV.9. Kurva intensitas radiasi yang diteruskan oleh bahan penyerap Bila pada peluruhan nuklir radioaktif dikenal istilah waktu paro, disini terdapat istilah tebal paro (HVL = half value layer) yaitu tebal bahan yang dapat menyerap separo dari intensitas mula-mula atau intensitas yang diteruskan tinggal separonya. Istilah lain adalah TVL (tenth value layer) yaitu tebal bahan yang dapat menyerap 90% intensitas mula-mula atau intensitas yang diteruskan tinggal sepersepuluh (10%) nya. NilaiIntensitas, IxTVL suatu bahan ditentukan dari koefisien serap linier (µ) nya HVL dan Intensitas dengan persamaan berikut.(Io) awal 0,693 2,303 HVL = ; TVL = (IV -5) µ µ ½ Io Perhitungan intensitas radiasi yang masih diteruskan setelah melalui suatu bahan penyerap (penahan radiasi) lebih mudah bila menggunakan konsep HVL dan TVL ini dibandingkan harus menggunakan persamaan 1/10 Io dasarnya (IV-4). HVL TVL Tebal, x 32
  33. 33. I x = ( 1 2 ) I 0 ; I x = ( 110 ) I 0 n m (IV-6) n adalah jumlah HVL (x / HVL) sedangkan m adalah jumlah TVL (x / TVL). Prinsip-prinsip tersebut diterapkan di dalam merancang tameng radiasi (radiation shielding). Dengan bahan yang telah diketahui koefisien atenuasinya, kita bisa menghitung berapa ketebalan yang diperlukan agar intensitas radiasi bisa diturunkan ke level yang kita kehendaki. LATIHAN1. Sebutkan tiga prinsip interaksi atom!2. a. Yang mana di antara ketiga proses tersebut di atas yang dominan terjadi apabila energi fotonnya lebih dari 1,02 MeV? c. Sementara itu, mana di antara ketiga proses tersebut yang dominan pada energi foton yang rendah ?Jawaban: 1. Efek fotolistrik, Efek Compton, Produksi pasangan 2. a. Efek produksi pasangan b. Efek fotolistrikD. Faktor Penambahan (Build-up Factor) Sebagaimana telah diuraikan di depan, bahwa seseorang bisa mengurangi intensitas dari gelombang elektromagnet (gamma, sinar-X) dengan memanfaatkan bahan yang mempunyai koefisien atenuasi tertentu sebagai tameng. Mengacu pada Gambar IV-8 dan persamaan IV-4, intensitas radiasi I0 yang melalui bahan dengan koefisien atenuasi μ dan ketebalan X akan berkurang menjadi Ix = I0 e-( μX). Artinya, secara teori semakin tebal bahan tameng dan semakin tinggi harga μ, semakin tajam penurunan intensitas radiasinya. 33
  34. 34. Namun demikian, pada kenyataannya semakin tebal bahan tameng, semakin kompleks interaksi yang terjadi di dalamnya, sehingga timbul kemungkinan penambahan radiasi sebagai akibat interaksi tersebut. Dalam hal ini dikenal istilah ”Faktor Penambahan” (Build-up Factor), B yang nilainya tergantung pada energi radiasi dan jenis bahan tameng. Tabel IV.1 memberikan contoh nilai-nilai B untuk bahan Besi (Fe) dan Timbal (Pb). Dengan adanya faktor penambahan B, maka intensitas radiasi gelombang elektoromagnet yang melewati bahan menjadi: Ix = I0 B e-μx (IV-7) Dengan B adalah faktor penambahan. Tabel IV.1. Faktor Penambahan, B untuk radiasi searah μ ox E0,Bahan 1 2 4 7 10 15 MeVBesi 0.5 2.07 2.94 4.87 8.31 12.4 20.6 1.0 1.92 2.74 4.57 7.81 11.6 18.9 2.0 1.69 2.35 3.76 6.11 8.78 13.7 3.0 1.58 2.13 3.32 5.26 7.41 11.4 4.0 1.48 1.90 2.95 4.61 6.46 9.92 6.0 1.35 1.71 2.48 3.81 5.35 8.39 8.0 1.27 1.55 2.17 3.27 4.58 7.33 10.0 1.22 1.44 1.95 2.89 4.07 6.70Timbal 0.5 1.24 1.39 1.63 1.87 2.08 1.0 1.38 1.68 2.18 2.80 3.40 4.20 2.0 1.40 1.76 2.41 3.36 4.35 5.94 3.0 1.36 1.71 2.42 3.55 4.82 7.18 4.0 1.28 1.56 2.18 3.29 4.69 7.70 6.0 1.19 1.40 1.87 2.97 4.69 9.53 8.0 1.14 1.30 1.69 2.61 4.18 9.08 10.0 1.11 1.24 1.54 2.27 3.54 7.70 34
  35. 35. E. Tameng Berlapis Banyak Prinsip penghitungan tebal tameng yang dibicarakan sebelumnya adalah tameng dengan bahan lapisan tunggal (single layer). Pada prakteknya, sering dijumpai penggunaan tameng dengan kombinasi beberapa lapisan yang berbeda (multilayered shields), seperti ditunjukkan pada Gambar IV.10 di bawah ini. Gambar IV.10.μ1 μ2 Tameng dengan lapisan ganda Io I2 Dari Gambar IV.10 terlihat bahwa intensitas radiasi gelombang I elektromagnet yang melewati bahan 1 akan berkurang dari I0 menjadi I1 dan 1 X lagi menjadi I2 yang bisa dihitung X1berkurang 2 setelah melewati bahan 2 akan dengan persamaan berikut ini. I1 = I0 e-μ x 1 1 (IV-8) I2 = I1 e-μ x 2 2 (IV-9) atau dengan persamaan gabungan: I2 = I0 e-(μ x 1 1 + μ2x2 ) (IV-10)F. Interaksi Radiasi Neutron Berbeda dengan radiasi α, β dan γ, radiasi neutron memang tidak dihasilkan dari proses peluruhan spontan. Radiasi neutron dihasilkan dari proses reaksi fisi, misalnya di reaktor nuklir, atau dari neutron generator (akselerator ataupun zat radioaktif). Neutron merupakan partikel yang mempunyai massa tetapi tidak bermuatan listrik sehingga interaksinya dengan materi lebih banyak bersifat mekanik, yaitu tumbukan antara neutron dengan atom (inti atom) bahan penyerap, baik secara elastik maupun tak elastik. Setiap tumbukan dengan materi akan menyerap energi neutron sehingga setelah beberapa kali tumbukan maka energi neutron akan "habis". lnteraksi lain yang mungkin muncul --- bila 35
  36. 36. energi neutron sudah sangat rendah --- adalah reaksi inti atau penangkapanneutron oleh inti atom bahan penyerap.1. Tumbukan Elastik Tumbukan elastik adalah tumbukan di mana total energi kinetik partikel- partikel sebelum dan sesudah tumbukan tidak berubah. Dalam tumbukan elastik antara neutron dan atom bahan penyerap, sebagian energi neutron diberikan ke inti atom yang ditumbuknya sehingga atom tersebut terpental sedangkan neutronnya dibelokkan atau dihamburkan. Gambar IV.11. Peristiwa tumbukan elastik Tumbukan elastik terjadi bila atom yang ditumbuk neutron mempunyai Neutron Atom massa yang sama, atau hampir sama dengan massa neutron (misalnya atom Hidrogen), sehingga fraksi energi neutron yang terserap oleh atom tersebut(Sebelum tumbukan) cukup besar. (Setelah tumbukan)2. Tumbukan Tak Elastik Proses tumbukan tak elastik sebenamya sama saja dengan tumbukan elastik, tetapi energi kinetik sebelum dan sesudah tumbukan berbeda. lni terjadi bila massa atom yang ditumbuk neutron jauh lebih besar dari massa neutron. Setelah tumbukan, atom tersebut tidak terpental, hanya bergetar, sedang neutronnya terhamburkan. Dalam peristiwa ini, energi neutron yang diberikan ke atom yang ditumbuknya tidak terlalu besar sehingga setelah tumbukan, energi neutron tidak banyak berkurang. Oleh karena itu, bahan yang mengandung atom-atom dengan nomor atom besar tidak efektif sebagai penahan radiasi neutron. Neutron Atom 36 (Sebelum tumbukan) (Setelah tumbukan)
  37. 37. Gambar IV.12. Peristiwa tumbukan non-elastik 3. Reaksi Inti (Penangkapan Neutron) Bila energi neutron sudah sangat rendah atau sering disebut sebagai neutron termal (En ≤ 0,025 eV), maka terdapat kemungkinan bahwa neutron tersebut akan "ditangkap" oleh inti atom bahan penyerap sehingga mambentuk inti atom baru, yang biasanya merupakan inti atom yang tidak stabil, yang memancarkan radiasi, misalnya α, β atau γ. Peristiwa ini disebut sebagai proses aktivasi neutron, yaitu rnengubah bahan yang stabil menjadi bahan radioaktif. Gambar IV.13. Peristiwa penangkapan neutron Neutron Atom Radiasi (Sebelum tumbukan) (Setelah tumbukan)Pada atom tertentu, penangkapan neutron diikuti dengan peristiwa pecahnyainti atom (reaksi fisi) yang disertai dengan pembentukan 2 buah inti atom baru,pelepasan energi panas dan pelepasan 2 ~ 3 buah neutron baru.Di dalam reaktor nuklir, energi panas bisa dimanfaatkan sebagai pembangkitlistrik, sedangkan neutron yang baru digunakan untuk mempertahankan reaksifisi (reaksi berantai). Atom-atom yang bisa mengalami peristiwa ini adalah: U-235, Pu-239, Th-233, dan sebagainya. LATIHAN1. Sebutkan tingkat energi dari tipe neutron di bawah ini: a. termal b. sedang c. cepat2. Isilah titik-titik berikut ini: a. Dalam mekanisme ………., total energi sebelum tumbukan sama dengan setelah tumbukan. b. Dalam mekanisme ………., neutron berturnbukan dengan target yang lebih besar; 37
  38. 38. c. Sedangkan dalam mekanisrne ………., neutron "masuk" ke dalam inti, sehingga rnenghasilkan inti radibaktif.Jawaban: 1. a. E ≤ 0,025 eV b. 0,025eV < E < 0,10 MeV c. E ≥ 0,10 MeV 2. a. Tumbukan elastik b. Tumbukan tak elastis c. Reaksi inti atau penangkapan neutron. Rangkuman Bab IV1. Ionisasi adalah proses terlepasnya elektron dari atom sehingga terbentuk pasangan ion.2. Radiasi pengion adalah radiasi yang dapat menyebabkan proses ionisasi, baik secara langsung (radiasi α dan β) maupun secara tidak langsung (radiasi γ dan neutron).3. Eksitasi adalah proses perpindahan elektron dari suatu orbit (lintasan) tertentu ke orbit yang lebih luar (energi lebih tinggi). Sebaliknya adalah proses de-eksitasi yaitu perpindahan elektron dari suatu orbit ke orbit yang lebih dalam dengan memancarkan sinar-X karakteristik.4. Radiasi α disebut sebagai radiasi pengion kuat, radiasi β disebut sebagai radiasi pengion sedang, dan radiasi γ dan sinar-X disebut sebagai radiasi pengion yang lemah.5. Daya tembus radiasi α sangat pendek, radiasi β sedang dan radiasi γ dan sinar-X sangat jauh.6. Radiasi beta yang dibelokkan oleh medan listrik dari inti atom akan menghasilkan sinar-X bremstrahlung.7. Fraksi energi radiasi beta yang berubah menjadi bremstrahlung sebanding dengan energi maksimal partikel beta dan nomor atom bahan.8. lnteraksi sinar γ dan sinar-X dengan materi adalah efek fotolistrik, efek Compton, dan produksi pasangan.9. Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari orbitnya ketika 38
  39. 39. atom menyerap seluruh energi foton yang mengenainya.10. Efek Compton adalah peristiwa terlepasnya elektron dari orbitnya ketika atom menyerap sebagian energi foton yang mengenainya dan menghamburkan sebagian energi lainnya.11. Produksi pasangan adalah terbentuknya pasangan elektron dan positron ketika energi foton diserap seluruhnya oleh pengaruh medan inti atom.12. lnteraksi neutron dengan materi adalah proses tumbukan elastik, tak elastik dan reaksi inti (penangkapan neutron).13. Tumbukan elastik terjadi bila neutron menumbuk bahan dengan nomor atom rendah, misalnya Hidrogen. Tumbukan tak elastis terjadi bila neutron menumbuk bahan dengan nomor atom yang lebih besar.14. Reaksi inti atau penangkapan neutron oleh inti atom mungkin terjadi bila energi neutron sudah sangat lemah (neutron termal dengan energi < 0,025 eV). 39
  40. 40. BAB V SUMBER RADIASISumber radiasi dapat dibedakan berdasarkan asalnya yaitu sumber radiasi alamyang sudah ada di alam ini sejak terbentuknya, dan sumber radiasi buatan yangsengaja dibuat oleh manusia. Radiasi yang dipancarkan oleh sumber radiasialam disebut radiasi latar belakang (radiasi latar). Pada bab ini akan dibahasbeberapa macam sumber radiasi alam dan prinsip kerja secara umum daribeberapa sumber radiasi buatan.A. Sumber Radiasi Alam Setiap hari manusia terkena radiasi dari alam dan radiasi dari alam ini merupakan bagian terbesar yang diterima oleh manusia yang tidak bekerja di tempat yang menggunakan radioaktif atau yang tidak menerima radiasi berkaitan dengan kedokteran atau kesehatan. Radiasi latar belakang yang diterima oleh seseorang dapat berasal dari tiga sumber utama, berikut: - sumber radiasi kosmik yang berasal dari benda langit di dalam dan luar tata surya kita, - sumber radiasi terestrial yang berasal dari kerak bumi, - sumber radiasi internal yang berasal dari dalam tubuh manusia sendiri. 1. Sumber Radiasi Kosmik Radiasi kosmik berasal dari angkasa luar, sebagian berasal dari ruang antar bintang dan matahari. Radiasi kosmik ini terdiri dari partikel dan sinar yang berenergi tinggi (1017 eV) dan berinteraksi dengan inti atom stabil di atmosfir membentuk inti radioaktif seperti C-14, Be-7, Na-22 dan H-3. Radionuklida yang terjadi karena interaksi dengan radiasi kosmik ini disebut radionuklida cosmogenik. Atmosfir bumi dapat mengurangi radiasi kosmik yang diterima oleh manusia. Tingkat radiasi dari sumber kosmik ini bergantung kepada 40
  41. 41. ketinggian, yaitu radiasi yang diterima akan semakin besar apabila posisinya semakin tinggi. Tinggi radiasi yang diterima seseorang juga bergantung pada garis lintangnya di bumi, karena radiasi kosmik ini dipengaruhi oleh medan magnet bumi. Karena medan magnet bumi di daerah kutub lebih kuat, maka radiasi yang diterima di kutub lebih kecil daripada di daerah katulistiwa.2. Sumber Radiasi Terestrial Radiasi terestrial secara natural dipancarkan oleh radionuklida didalam kerak bumi, dan radiasi ini dipancarkan oleh radionulida yang disebut primordial dengan waktu paro berorde milyar (109) tahun. Radionuklida ini ada sejak terbentuknya bumi. Radionuklida yang ada dalam kerak bumi terutama adalah deret Uranium, yaitu peluruhan berantai mulai dari U-238 sampai dengan Pb-206 stabil; deret Aktinium, yaitu mulai dari U- 235 sampai dengan Pb-207; dan deret Thorium, mulai dari Th-232 sampai dengan Pb-208. Dalam setiap proses peluruhan berantai di atas dipancarkan berbagai jenis energi (α, β dan γ) dengan berbagai tingkatan energi. Radiasi terestrial terbesar yang diterima manusia berasal dari Radon (Ra- 222) dan Thoron (Ra-220) karena dua radionuklida ini berbentuk gas sehingga bisa menyebar ke mana-mana. Tingkat radiasi yang diterima seseorang dari radiasi terestrial ini berbeda-beda dari satu tempat ke tempat lain bergantung kepada konsentrasi sumber radiasi di dalam kerak bumi. Ada beberapa tempat di bumi ini yang memiliki tingkat radiasi di atas rata-rata seperti Pocos de Caldas dan Guarapari (Brazil), Kerala dan Tamil Nadu (India) dan Ramsar (Iran). 41
  42. 42. 3. Sumber Radiasi di dalam Tubuh Sumber radiasi alam lain adalah radionuklida yang ada di dalam tubuh manusia. Sumber radiasi ini berada di dalam tubuh manusia sejak dilahirkan atau masuk ke dalam tubuh manusia melalui makanan, minuman, pernafasan, atau luka. Radiasi internal ini terutama diterima dari radionuklida C-14, H-3, K-40, Radon. Selain itu masih ada sumber lain seperti Pb-210 dan Po-210 yang banyak berasal dari ikan dan kerang-kerangan. Buah-buahan biasanya mengandung unsur K-40.B. Sumber Radiasi Buatan Sumber radiasi buatan mulai diproduksi pada abad ke 20, yaitu sejak diketemukannya sinar-X oleh W. Roentgent. Saat ini sudah banyak sekali jenis dari sumber radiasi buatan baik yang berupa zat radioaktif, pesawat sinar-X, reaktor nuklir maupun akselerator. 1. Zat Radioaktif Dewasa ini telah banyak sekali unsur radioaktif berhasil dibuat oleh manusia berdasarkan reaksi inti antara nuklida yang tidak radioaktif dengan neutron (reaksi fisi di dalam reaktor atom), aktivasi neutron, atau berdasarkan penembakan nuklida yang tidak radioaktif dengan partikel atau ion cepat (didalam alat-alat pemercepat partikel, misalnya akselerator, siklotron). Radionuklida buatan ini bisa memancarkan jenis radiasi alfa, beta, gamma dan neutron. a. Pemancar Alfa Salah satu contoh reaksi inti untuk menghasilkan radionuklida pemancar alfa adalah: 13 Al 27 + 0 n1 →11 Na 24 + α 42
  43. 43. Salah satu aplikasinya adalah untuk menghasilkan radiasi neutron melalui reaksi (α,n), radionuklida yang sering dipakai adalah Ra-226, Po-210, Pu-239 dan Am-241.b. Pemancar Beta Sebagian besar pemancar beta ini dihasilkan melalui penembakan partikel neutron pada nuklida stabil. Oleh karena itu di dalam reaktor nuklir didapatkan berbagai macam pemancar beta. Energi radiasi beta bersifat kontinu. Pemancar beta sering digunakan dalam kedokteran dan juga dalam industri untuk mengukur ketebalan materi. Pemancar beta yang sering digunakan dalam kedokteran misalnya Sr-90, Y-90, P-32, Re-188, sedangkan untuk industri yang sering digunakan adalah Sr-90, P-32, TI-208. Contoh reaksi inti untuk menghasilkan pemancar beta adalah 14 Si 31 + 0 n1 →15 P 32 + β −c. Pemancar Gamma Sebenarnya jarang sekali sumber radioaktif yang hanya memancarkan radiasi gamma saja, karena radiasi gamma biasanya mengikuti proses peluruhan α atau β. Berikut ini adalah contoh sebuah reaksi inti untuk menghasilkan radionuklida pemancar β dan γ: 27 Co 59 + 0 n 1 → 28 Ni 60 + β − + γ Dalam pemakaiannya, pemancar gamma beraktivitas tinggi sering digunakan sebagai sumber radiasi di rumah sakit dan industri. Irradiator banyak diguakan di rumah sakit (irradiator Co-60 dan Cs- 137) dan dalam industri (irradiator Co-60). 43
  44. 44. d. Pemancar Neutron Radiasi neutron dapat dihasilkan dengan interaksi antara radiasi α dengan bahan yang dapat melangsungkan reaksi (α,n) seperti unsur Be. Sumber neutron ini merupakan campuran antara unsur Be dengan unsur radioaktif pemancar α, misalnya Am-241 yang dibungkus dalam sebuah kapsul, sehingga terjadi reaksi sebagai berikut. 95 Am 241 →93 Np 237 + α 4 Be9 + α →6 C12 + n2. Pesawat Sinar-X Secara sederhana proses terbentuknya radiasi sinar-X pada pesawat sinar- X adalah seperti gambar di bawah ini. Tegangan Tinggi Pemanas Katoda Kaca penutup Sinar-X Target (anoda) Gambar V-1: Konstruksi pesawat sinar-X Proses pembentukan sinar- X pada pesawat sinar- X adalah sebagai berikut: 1. Arus listrik akan memanaskan filamen sehingga akan terjadi awan elektron disekitar filamen (proses emisi termionik). 2. Tegangan (kV) di antara katoda (negatif) dan anoda (positif) akan 44
  45. 45. menyebabkan elektron-elektron bergerak ke arah anoda.3. Fokus (focusing cup) berfungsi untuk mengarahkan pergerakan elektron-elektron (berkas elektron) menuju target.4. Ketika berkas elektron menabrak target akan terjadi proses eksitasi pada atom-atom target, sehingga akan dipancarkan sinar-X karakteristik, dan proses pembelokan (pengereman) elektron sehingga akan dipancarkan sinar-X bremstrahlung.5. Berkas sinar-X yang dihasilkan, yaitu sinar-X karakteristik dan bremstrahlung, dipancarkan keluar tabung melalui jendela (window).6. Pendingin diperlukan untuk mendinginkan target karena sebagian besar energi pada saat elektron menumbuk target akan berubah menjadi panas.Dari pembahasan di atas terlihat bahwa sinar-X yang dihasilkan olehpesawat sinar-X terdiri atas sinar-X karakteristik yang bersifat "diskrit"dan sinar-X bremstrahlung yang bersifat kontinu.Perhatikan gambar spektrum energi sinar-X berikut ini. Intensitas, Ix Karakteristik Bremstrahlung Panjang Gelombang, λ Gambar V.2. Spektrum energi sinar-X 45
  46. 46. Terdapat dua pengaturan (adjustment) pada pesawat sinar-X yaitu pengaturan arus berkas elektron (mA) yaitu dengan mengatur arus filamen dan pengaturan tegangan di antara anoda dan katoda (kV). Pengaturan arus filamen akan menyebabkan perubahan jumlah elektron yang dihasilkan filamen dan intensitas berkas elektron (mA) sehingga mempengaruhi intensitas sinar-X. Semakin besar mA akan menghasilkan intensitas sinar-X yang semakin besar. Pengaturan tegangan kV akan menyebabkan perubahan "gaya tarik" anoda terhadap elektron sehingga kecepatan elektron menuju (menumbuk) target akan berubah. Hal ini menyebabkan energi sinar-X dan intensitas sinar-X yang dihasilkan akan mengalami perubahan. Semakin besar kV akan menghasilkan energi dan intensitas sinar-X yang semakin besar.3. Akselerator Akselerator adalah alat yang digunakan untuk mempercepat partikel bermuatan (ion atau elektron). Partikel bermuatan, misalnya proton atau elektron, dipercepat menggunakan medan listrik dan medan magnit sehingga mencapai kecepatan yang sangat tinggi. Partikel yang telah mempunyai kecepatan sangat tinggi yang dipancarkan oleh akselerator dapat digunakan untuk berbagai keperluan misalnya untuk memproduksi zat radioaktif dengan proton berenergi tinggi, memproduksi sinar-X berenergi tinggi dengan elektron yang dipercepat, dan juga dapat menghasilkan radiasi neutron dengan mempercepat ion deuterium (1H2). Dua contoh akselerator yang banyak digunakan adalah akselerator linier (LINAC = linear accelerator) yang mempunyai lintasan garis lurus dan siklotron (cyclotron) yang mempunyai lintasan berbentuk lingkaran. Untuk membedakannya dengan zat radioaktif, akselerator dan pesawat sinar-X sering disebut sebagai pembangkit radiasi. 46
  47. 47. 4. Reaktor Nuklir Mekanisme utama yang terjadi dalam reaktor nuklir adalah pembelahan inti dengan persamaan reaksi sebagai berikut. X + n1 → Y1 + Y2 + nc + Q Suatu inti atom X yang dapat belah (fisil) seperti U-235 ketika ditembak dengan neutron termal (n1) akan membelah menjadi dua inti radioaktif Y1 dan Y2 . Dalam reaksi pembelahan tersebut juga dilepaskan 2 atau 3 buah neutron cepat (nc) dan sejumlah energi panas (Q). Oleh karena Y1 dan Y2 merupakan inti-inti yang aktif maka dalam proses tersebut juga dipancarkan berbagai macam radiasi (α, β dan γ). Dari mekanisme pembelahan (reaksi fisi) di atas terlihat bahwa setiap reaksi akan menghasilkan lebih dari satu neutron cepat baru, yang bila energinya dapat diturunkan menjadi neutron termal, akan menyebabkan reaksi pembelahan inti dapat belah yang lainnya. Proses ini berlangsung terus-menerus dan disebut sebagai proses reaksi berantai (chain reaction). Dalam reaktor nuklir, proses reaksi berantai ini dikendalikan secara cermat sedangkan pada bom atau senjata nuklir reaksi ini dibiarkan tanpa kendali. Energi panas yang dihasilkan dari reaksi berantai di atas ( Q ) dapat dimanfaatkan untuk menggerakan turbin sehingga dapat menghasilkan listrik. Fasilitas yang memanfaatkan mekanisme ini adalah PLTN. Neutron yang dihasilkan dalam reaksi ini juga dapat digunakan untuk berbagai macam aplikasi dan penelitian, seperti untuk keperluan produksi zat radioaktif dan analisis bahan yang dilakukan di reaktor penelitian (research reactor). 47
  48. 48. LATIHAN1. Sebutkan tiga sumber utama radiasi latar belakang!2. Siapakah yang menerima radiasi kosmik lebih besar, yang berada di laut atau yang berada di gunung.? Mengapa?3. Mengapa di dalam tubuh manusia terdapat sumber radiasi internal?4. Bagaimanakah radionuklida artifisial dapat dibuat?5. Gas dari sumber terestrial apakah yang merupakan komponen terbesar sumber radiasi kepada manusia?6. Bagaimanakah prinsip kerja pesawat sinar-X?Jawaban: 1. Sumber radiasi kosmik, terestrial dan internal. 2. Orang yang berada di gunung akan menerima radiasi kosmik lebih besar daripada di laut atau semakin tinggi suatu tempat, semakin besar pula radiasi kosmik di tempat itu. 3. Sumber radiasi internal terdapat dalam tubuh manusia karena 1). secara alami ada di dalam bagian-bagian tubuh manusia sejak lahir, 2). masuk ke dalam tubuh manusia melalui, makanan, minuman, pernafasan dan luka. 4. Radionuklida dapat dibuat melalui beberapa cara antara lain reaksi fisi, aktivasi neutron atau penembakan dengan partikel/ion dalam akselerator. 5. Radiasi terbesar yang diterima manusia berasal dari Radon (Ra-222) dan Thoron (Ra-220). Kedua radionuklida ini berbentuk gas dan bisa merembes keluar dari bumi atau bahan bangunan tempat tinggal. 6. Sinar-X dihasilkan sebagai akibat interaksi antara elektron cepat yang dipancarkan dari katoda ke target. Arus listrik mempengaruhi 48
  49. 49. intensitas sinar-x yang dihasilkan, sedangkan tegangan tabung akan mempengaruhi intensitas dan energi sinar- X yang dihasilkan. Rangkuman Bab V1. Sumber radiasi dapat dibedakan menjadi sumber radiasi alam dan sumber radiasi buatan.2. Sumber radiasi alam berasal dari tiga sumber utama yaitu radiasi kosmik, terestrial dan internal.3. Sumber radiasi buatan dapat berupa radionuklida, pesawat sinar-X, reaktor nuklir dan akselerator.4. Radionuklida buatan dihasilkan melalui reaksi fisi, aktivasi neutron, atau penembakan partikel/ion.5. Perubahan mA pada pesawat sinar-X akan mempengaruhi intensitas sinar- X yang dihasilkan sedangkan perubahan kV akan mempengaruhi intensitas dan energi sinar-X. 49
  50. 50. DAFTAR PUSTAKA 1. Herman Chamber, ”Introduction to Health Physics” 3rd Ed., McGraw- Hill Book Company, Inc. (1996) 2. Irving Kaplan, “Nuclear Physics”, 2nd Ed., Addison-Wesley Publishing Company (1979) 3. Lamarsh, J.R. “Introduction to Nuclear Engineering” 2nd Ed., Addison- Wesley Publishing Company (1983) 4. RD Evans, “The Atomic Nucleus”, McGraw-Hill Book Company, Inc. (1955) 50

×