Penerapan Reaksi Inti dalam Produksi Radioisotop

1. Partikel Proyektil
Proyektil yang digunakan pada reaksi nuklir dibedakan menjadi partikel tidak
bermuatan (neutron) dan partikel yang bermuatan (proton, deutron, partikel alfa).

2. Jenis Reaksi Inti
Hamburan atau scattering
• Terjadi ketika x=y dan X=Y.
𝑋 + 𝑥 → 𝑋 + 𝑥
X(x,x)X
• Dikelompokkan menjadi 2 yakni
1. Hamburan elastik
𝑋 + 𝑥 → 𝑋 + 𝑥
2. Hamburan inelastik
𝑋 + 𝑥 → 𝑋∗ + 𝑥
𝑷𝒙
𝑷𝒙
𝑷𝑿
𝒙 𝑿
𝑿
𝒙
𝜽𝒙
𝜽𝑿
𝑷𝒙
𝑷𝒙
𝑷𝑋∗
𝒙 𝑿
𝑋∗
𝒙
𝜽𝒙
𝜽𝑋∗

3. Jenis Reaksi Inti
Reaksi inti
• Terjadi ketika xy dan X  Y.
𝑥 + 𝑋 → 𝑦 + 𝑌
X(x,y)Y
• Dikelompokkan menjadi 2 yakni
1. Knockout Reaction
2. Transfer Reaction
𝑷𝒙
𝑷𝒚
𝑷𝒀
𝒙 𝑿
𝒀
𝒚
𝜽𝒚
𝜽𝒀
𝑷𝒙
𝑷𝒚
𝑷𝒀
𝒙 𝑿
𝒀
𝒚
𝜽𝒚
𝜽𝒀
𝒙
𝑷𝒙
𝜽𝒙

4. Jenis Reaksi Inti
Reaksi photonuklir
• Terjadi ketika reaksi disebabkan oleh penembakan foton yang menyebabkan
pelepasan nukleon seperti neutron atau proton
𝛾 + 𝑋 → 𝑦 + 𝑌
X(𝛾,y)Y
Tangkapan radioaktif
• Terjadi ketika reaksi disebabkan oleh penembakan partikel yang kemudian
diserap oleh inti sehingga menyebabkan inti berada pada kondisi tereksitasi.
𝒙 + 𝑿 → 𝜸 + 𝒀
X(𝒙, 𝜸)Y

5. Jenis Reaksi Inti
Reaksi inti juga dibedakan berdasarkan mekanismenya:
1. Reaksi inti langsung atau direct nuclear reaction
Waktu interaksi adalah ~10−22𝑠.
Dalam kondisi ini, partikel proyektil hanya berinteraksi dengan sebagian kecil nukleon
inti.
𝟕
𝟏𝟒
𝑵 + 𝜶 → 𝒑 + 𝟖
𝟏𝟖
𝑵
2. Reaksi inti majemuk atau compound nuclear reaction
Waktu interaksi adalah ~10−15𝑠.
Dalam kondisi ini, partikel proyektil dan inti target berbagi energi secara menyeluruh
sebelum terjadi pelepasan hasil reaksi.
𝟏𝟑
𝟐𝟕
𝑨𝒍 + 𝟎
𝟏
𝒏 → 𝟏𝟑
𝟐𝟖
𝑨𝒍
∗
→ 𝜷 + 𝟏𝟐
𝟐𝟕
𝑴𝒈
→ 𝜶 + 𝟏𝟏
𝟐𝟒
𝑵𝒂
→ 𝜸 + 𝟏𝟑
𝟐𝟖
𝑨𝒍
→ 𝟐𝒏 + 𝟏𝟑
𝟐𝟔
𝑨𝒍

6. Reaksi Fisi dan Reaksi Fusi

7. Produksi
Radioisotop

8. Produksi Radioisotop
Produksi radioisotop dapat dilakukan melalui 3 cara:
1. Reaksi aktivasi bahan sasaran dengan neutron dalam
reaktor nuklir.
2. Reaksi fisi atau pembelahan bahan bakar reaktor
nuklir.
3. Reaksi aktivasi bahan sasaran dengan partikel
bermuatan dalam fasilitas siklotron.

9. Reaktor Riset
Neutron berinteraksi dengan inti atom berat seperti U-235 yang
menyebabkan terjadinya reaksi fisi.
235
𝑈 + 𝑛 = 236
𝑈 = 𝐴
𝑿 + 𝐵
𝒀 + 𝟐 𝒔𝒂𝒎𝒑𝒂𝒊 𝟑 𝒏 + 𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈𝒊
Neutron yang dihasilkan kemudian akan mengalami reaksi inti
dengan elemen fisil U-235 lainnya yang menyebabkan terjadinya
reaksi berantai.
Neutron hasil reaksi berantai terkendali kemudian dimanfaatkan
untuk berbagai hal.

10. Reaktor Riset
Reaktor riset dapat digunakan untuk berbagai hal seperti:
1. Pendidikan & Pelatihan
2. Pengujian dan kualifikasi bahan bakar
3. Mendukung program reaktor daya
4. Produksi Radioisotop
5. Hamburan Neutron
6. Investigasi ilmu material
7. Analisis Aktivasi Neutron
8. Doping transmutasi neutron
9. Radiografi Neutron

11. Reaktor Riset

12. Reaktor Riset

13. Reaktor Riset

14. Reaktor Riset

15. Reaktor Riset vs Reaktor Daya

16. Reaktor Riset vs Reaktor Daya
Reaktor riset memanfaatkan neutron hasil
reaksi fisi untuk menghasilkan suatu
reaksi.
Reaktor daya memanfaatkan neutron hasil
reaksi fisi untuk menghasilkan panas untuk
memutar sistem turbin.

17. Reaktor Riset di Indonesia
Reaktor Triga 2000
• Lokasi di Bandung, Jawa Barat
• Kapasitas daya 2000 kW namun
saat ini hanya diperbolehkan
beroperasi dengan daya 1000 kW
• Diresmikan 20 Februari 1965
• Digunakan untuk tujuan riset,
pendidikan, dan produksi
radioisotop

18. Reaktor Riset di Indonesia
Reaktor Kartini
• Lokasi di Yogyakarta
• Kapasitas daya 250 kW
• Diresmikan 1 Maret 1979
• Digunakan untuk tujuan riset dan
pendidikan

19. Reaktor Riset di Indonesia
Reaktor Serba Guna GA
Siwabessy
• Lokasi di Serpong, Banten
• Kapasitas daya 30 MW
• Diresmikan 20 Agustus 1987
• Digunakan untuk tujuan riset,
pendidikan, hingga produksi
radioisotop

20. Produksi Radioisotop Berbasis Aktivasi dengan Neutron
Aktivasi dengan neutron dapat dilakukan dengan 2 cara:
1. Menggunakan neutron termal dengan energi sekitar 0,025 eV
pada temperatur 20C. Menghasilkan radioisotop produk tidak
bebas pengemban, yaitu radioisotop yang merupakan isotop
sejenis dengan isotop unsur bahan sasaran
2. Menggunakan neutron cepat dengan energi lebih dari 1 MeV.
Menghasilkan radioisotop yang bebas pengemban, yaitu
radioisotop yang tidak sejenis dengan isotop unsur bahan sasaran

21. Produksi Radioisotop Berbasis Aktivasi dengan Neutron
Reaksi (n,)
Reaksi menghasilkan isotop sejenis disertai pancaran gamma
• Pembuatan 51Cr dari target Cr2O3 (diperkaya dengan 50Cr)
• Pembuatan 24Na dari target Na2CO3 (kelimpahan 23Na di alam
100%)

22. Produksi Radioisotop Berbasis Aktivasi dengan Neutron
Reaksi (n,)
Reaksi menghasilkan isotop sejenis disertai pancaran gamma.
Kemudian isotop hasil meluruh menghasilkan isotop baru disertai
pancaran beta.
Peluruhan inti induk menjadi inti anak dilakukan di luar reaktor
melalui sistem generator
• Radioisotop 99mTc melalui reaksi inti 98Mo(n,)99Mo  99mTc+
dengan target MoO3 diperkaya dengan 98Mo.
• Radioisotop 131I melalui reaksi inti 130Te(n, )131Te  131I+ 
dengan target Te2O3 alam (33,8 % 130Te).

23. Produksi Radioisotop Berbasis Aktivasi dengan Neutron
Reaksi (n,) ganda
Isotop hasil reaksi memiliki cross section yang cukup untuk bereaksi
kembali dengan neutron.
• Radioisotop 188W melalui reaksi inti 186W(n,)187W*(n, )188W*.
(186W mempunyai kelimpahan 28,6 % dan penampang lintang
neutron termal 37,8 barn, 187W* radioaktif dengan t1/2 23,8 jam,
pemancar radiasi - dan  serta mempunyai penampang lintang
neutron termal 64 barn).

24. Produksi Radioisotop Berbasis Aktivasi dengan Neutron
Reaksi (n,p)
Energi neutron cukup tinggi menyebabkan proton terlepas dari inti
target saat reaksi terjadi. Perbedaan jumlah proton menyebabkan
isotop hasil berbeda dari isotop awal.
• Radioisotop 32P (bebas pengemban) dari bahan target belerang
(S) dengan reaksi inti 32S(n, p)32P.
• Radioisotop 64Cu (bebas pengemban) dari bahan target 64Zn
pengkayaan tinggi, dengan reaksi inti 64Zn(n,p)64Cu.

25. Produksi Radioisotop Berbasis Aktivasi dengan Neutron
Reaksi (n,)
Energi neutron tinggi menyebabkan 2 neutron dan 2 proton terlepas
dari inti target dalam bentuk  saat reaksi terjadi. Perbedaan jumlah
proton menyebabkan isotop hasil berbeda dari isotop awal.
• Pembuatan tritium (3H) dengan menggunakan bahan target
senyawa Li2CO3. Reaksi inti yang terjadi adalah 6Li(n, )3H.

26. Produksi Radioisotop Berbasis Aktivasi dengan Neutron

27. Produksi Radioisotop Berbasis Fisi
• Produksi radioisotop melalui reaksi fisi menggunakan bahan sasaran
senyawa Uranium-(235U) yang biasa digunakan sebagai bahan bakar
reaktor nuklir.
• Isotop 235U merupakan unsur fisile, yaitu dapat membelah ketika
menangkap neutron, maka ketika inti atom 235U menangkap neutron akan
terjadi proses pembelahan menghasilkan inti-inti atom baru yang lebih
ringan dari inti atom 235U.
• Kebolehjadian pembelahan inti atom 235U ketika menangkap neutron
termal adalah sebesar kira-kira 82 %. Sekitar 18 % kemungkinan sisanya
adalah pembentukan 236U disertai dengan pembebasan radiasi . Selanjutnya
236U meluruh melalui peluruhan  menjadi 232Th dengan waktu paruh 2,342
x 107 tahun.

28. Produksi Radioisotop Berbasis Fisi

29. Produksi Radioisotop Berbasis Fisi
• Radioisotop produk fisi ini ada yang berumur paruh pendek dan meluruh
menghasilkan radioisotop baru sehingga semakin memperbanyak jenis
radioisotop yang terbentuk.
• Dengan proses annealing (pendiaman target pasca iradiasi) selama kira-
kira 8 – 12 jam, jumlah dan jenis radionuklida yang ada di dalam matrik
target sudah dapat dikurangi dengan sangat signifikan karena sebagian
besar dari produk fisi dan anak luruhnya merupakan radionuklida dengan
umur paruh yang pendek.
• Masih akan tertinggal berbagai macam radioisotop dengan waktu paruh
menengah sampai panjang, misalnya 99Mo (66 jam), 133Xe (5,25 hari),
131I (8 hari), 90Sr (28,5 tahun), 137Cs (30,2 tahun)

30. Produksi Radioisotop Berbasis Aktivasi dengan Partikel Bermuatan
• Produksi radioisotop menggunakan partikel bermuatan dilakukan
menggunakan alat pemercepat ion sistem melingkar (siklotron).
• Akibat penembakan partikel bermuatan pada inti atom target, maka
terjadi perubahan komposisi nukleon dalam inti atom target yang
menyangkut perubahan jumlah proton maupun jumlah neutronnya.

31. Produksi Radioisotop Berbasis Aktivasi dengan Partikel Bermuatan
• Inti atom sasaran menangkap partikel bermuatan
seperti proton yang telah dipercepat sampai pada tingkat
energi tertentu untuk melepas sejumlah neutron dari inti
atom sasaran.
• Apabila energi kinetik partikel penembak sangat tinggi,
dapat terjadi tumbukan beruntun dengan proton atau
neutron dalam inti atom sasaran yang mengakibatkan
lebih banyak pembebasan partikel dari inti.
• Penampang lintang reaksi sangat dipengaruhi oleh
energi
• Daya tembus partikel bermuatan pada bahan sasaran
adalah kecil sehingga berlaku batasan ketebalan bahan
sasaran

32. Produksi Radioisotop Berbasis Aktivasi dengan Partikel Bermuatan
• 99mTc - digunakan dalam 80% kedokteran
nuklir. Targetnya adalah Mo yang dibombardir
untuk menghasilkan 99Mo yang kemudian
meluruh menjadi 99mTc yang digunakan dalam
pencitraan.
• 18F - digunakan dalam pemindaian FDG PET.
Dibuat dengan membombardir air yang kaya
18O dengan proton untuk menghasilkan 18F.
• 67Ga - digunakan sebagai 67Ga -sitrat untuk
pencitraan peradangan / tumor.

33. Teknik Pemisahan dalam Produksi Radioisotop
• Pemisahan bertujuan untuk
menghasilkan produk radioisotop yang
memenuhi persyaratan dan/atau
spesifikasi produk sesuai dengan
ketentuan
• Prosedur pemisahan radioisotop
dilakukan melalui teknik pemisahan
fisika dan pemisahan kimia,
misalnya kristalisasi, destilasi, sublimasi,
ekstraksi, kromatografi dan sebagainya
• Proses pemisahan harus memperhatikan
waktu paruh radioisotop

34. Teknik Pemisahan dalam Produksi Radioisotop

35. Generator Radioisotop
• Radionuklida induk meluruh menghasilkan radionuklida anak
yang merupakan radioisotop produk yang dibutuhkan seperti
pada 99Mo  99mTc
• Sistem generator radioisotop menjadi sangat penting apabila
radioisotop yang dibutuhkan mempunyai waktu paruh yang
pendek sehingga akan sangat tidak ekonomis bila pihak
pengguna harus membeli radioisotop tersebut, terutama bila
waktu tempuh dari tempat produsen ke pengguna cukup lama.
• Pemisahan yang paling populer adalah teknik kromatografi
kolom dengan kolom resin adsorber atau kolom resin penukar
ion

36. Generator Radioisotop
• Radioisotop induk dimasukkan ke
dalam kolom kromatografi yang berisi
resin adsorber atau penukar ion yang
telah dikondisikan. Pemasukan larutan
radioisotop induk ke dalam kolom ini
biasa disebut dengan proses loading
(pengisian), dan dilakukan di dalam
laboratorium radioaktif tinggi di tempat
produsen radioisotop
• Kemudian dilakukan proses perakitan
perangkat generatornya, termasuk
perakitan kontener timbal yang
sekaligus merupakan pelindung
paparan radiasi bagi pihak konsumen
maupun pihak terkait lainnya.

37. Terima Kasih