Inti atom tidak stabil

FISIKA MODERN

  RADIOAKTIVITAS Nurun Nayiroh, M.Si Nurun Nayiroh, M.Si

  Pendahuluan Pendahuluan

  Sebagaimana telah di bahas dalam bab sebelumnya, bahwa nukleus memiliki keadaan tereksitasi. Keadaan ini dapat mengalami peluruhan melalui emisi foton$foton berenergi tinggi ke keadaan dasar, baik langsung maupun melalui keadaan energi yang lebih rendah. Nukleus$nukleus di keadaan tereksitasi dan dasar dapat secara spontan mengemisi partikel$partikel lain untuk mencapai konfigurasi keadaan yang lebih rendah. ₂

  Pendahuluan Pendahuluan

  Istilah dalam radioaktivitas Istilah dalam radioaktivitas Perubahan dari inti atom tak stabil menjadi inti

• atom yang stabil: disintegrasi/peluruhan Proses disintegrasi selalu disertai dengan
• pelepasan partikel kecil berkecepatan tinggi disebut partikel nuklir atau radiasi nuklir . Sifat dapat memancarkan radiasi nuklir disebut
• radioaktivitas/keradioaktifan

  Radiasi nuklir juga disebut sinar radioaktif

• zat yang memancarkan sinar radioaktif disebut
• dengan

  Nuklida (inti atom) yang memiliki gejala

• radioaktivitas disebut radionuklida
₄

RADIOAKTIVITAS RADIOAKTIVITAS

  Radioaktivitas disebut juga peluruhan radioaktif, yaitu peristiwa terurainya beberapa inti atom tertentu secara spontan yang diikuti dengan pancaran partikel alfa (inti helium), partikel beta ($)(elektron), partikel beta (+)(positron), atau radiasi gamma (gelombang elektromagnetik gelombang pendek) Penemuan sinar X oleh Roentgen dan minat Becquerel terhadap peristiwa fluoresensi merupakan titik tolak dari perkembangan radioaktivitas

  Istilah keradioaktifan ( radioactivity) pertama diciptakan oleh Marie Curie (1867 $ 1934), kali seorang ahli kimia asal Prancis.

  Marie dan suaminya, Pierre Curie (1859 $ 1906), berhasil menemukan unsur radioaktif baru, yaitu polonium dan radium. Ernest Rutherford (1871 $ 1937) menyatakan bahwa sinar radioaktif dapat dibedakan atas sinar alfa yang bermuatan positif dan sinar beta yang bermuatan negatif.

  Paul Ulrich Villard (1869 $ 1915), seorang ilmuwan Prancis, menemukan sinar radioaktif yang tidak bermuatan, yaitu sinar gamma. ₆

  NUKLIDA NUKLIDA

_{X= simbol atom}

A

_{A = nomor massa}

_{Z = nomor atom}

  X Z _{N = A Z} Nuklida (Inti atom):

• inti atom ringan stabil bila n=Z
• Inti atom tak stabil terdiri dari:

  n/Z >> maka terlalu banyak netron n/Z << maka terlalu banyak proton Z > 83

  Peta nuklida: letak nuklida berdasar jumlah proton dan netron ₇ Peta Peta Nuklida Nuklida

  8 Pada n/Z >> (kelebihan netron) , melepaskan $ beta (β ) atau merubah netron menjadi

  $ proton dan beta (β )

  $ + n p + β

  $

• β

  

$

• β

  emiter beta

  9 Pada n/Z Pada n/Z << << (kelebihan (kelebihan proton), proton), melepaskan positron (β ) atau merubah

• proton menjadi netron

  P n + β

• β
• β

  emitor positron positron ini tidak stabil dan akan bereaksi dengan elektron menghasilkan 2 foton

• $

  β

• e 2 γ menangkap elektron pada kulit K
• $

  P + e n $

• e
₁₀

Pada Z Pada Z >> 83 83,, melepaskan melepaskan partikel partikel alfa alfa

• 2
• ( )

  Radiasi nuklir selain dipancarkan alfa dan beta, juga hampir selalu dipancarkan gamma

  11 Hipotesis Rutherford Unsur radioaktif mengalami transformasi spontan Perubahan itu disertai dengan pemancaran radiasi. Proses radiasi ialah proses di dalam atom.

  12

JENIS$$JENIS RADIASI JENIS JENIS RADIASI

  SINAR α Sinar alfa adalah sinar yang dipancarkan oleh unsur radioaktif.

  Sinar ini ditemukan secara bersamaan dengan penemuan fenomena radioaktivitas, yaitu peluruhan inti atom yang berlangsung secara spontan, tidak terkontrol, dan menghasilkan radiasi. Sinar alfa terdiri atas dua proton dan dua neutron

  Sifat$sifat sinar α Bermuatan positif dan identik dengan inti He.

  Dapat menghitamkan pelat film (yang berarti memiliki daya ionisasi). Daya ionisasi sinar alfa paling kuat daripada sinar beta dan gamma. Mempunyai daya tembus paling lemah di antara ketiga sinar radioaktif.

  Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet. Mempunyai jangkauan beberapa sentimeter di udara dan 102 mm di dalam logam.

  Dapat dihentikan dengan mudah oleh hamburan logam Al Merupakan partikel yang berkecepatan tinggi yaitu 1/10 kec. Cahaya ₁₄

  β Sinar beta merupakan elektron berenergi tinggi yang berasal dari inti atom

  β Sifat$sifat sinar

  Mempunyai daya ionisasi yang lebih kecil dari sinar alfa Mempunyai daya tembus 100 kali sinar alfa Identik dengan elektron, dengan kecepatan hampir sama dengan c Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet ₁₅

  γ Sinar gamma adalah radiasi gelombang elektromagnetik yang terpancar dari inti atom dengan energi yang sangat tinggi yang tidak memiliki massa maupun muatan.

  Sinar gamma ikut terpancar ketika sebuah inti memancarkan sinar alfa dan sinar beta. Peluruhan sinar gamma tidak menyebabkan perubahan nomor atom maupun massa atom Sifat$sifat sinar γ Mempunyai daya tembus yang terbesar Tidak dapat dibelokan oleh medan magnet dan medan listrik Merupakan gelombang elektromagnetik seperti sinar X Tidak memiliki jangkauan maksimal di udara, semakin jauh dari sumber maka intensitasnya makin kecil. Mempunyai daya ionisasi paling lemah.

  Radiasi dalam sel hidup Radiasi dalam sel hidup

  Radiasi akan mengionisasi atom dalam sel hidup, akibatnya akan dapat merusak sel dan menyebabkan kanker atau leukaemia. Diluar tubuh, β dan γ berbahaya karena dapat menembus kulit dan masuk ke organ tubuh.

  Sedangkan di dalam tubuh, radiasi α cukup energi untuk keluar dari tubuh dan memiliki daya ionisasi paling besar untuk merusak sel.

  Partikel β dan γ kurang berbahaya dibanding α karena memiliki energi yang cukup untuk keluar dari tubuh. ₁₈

  Peluruhan Radioaktiv Peluruhan Radioaktiv α α

  Peluruhan sinar Peluruhan sinar Pada peluruhan alfa terjadi pembebasan energi. Energi yang dibebaskan akan menjadi energi kinetik partikel alfa dan inti anak. Inti anak memiliki energi ikat per nukleon yang lebih tinggi dibandingkan induknya. ₁₉ Jika inti memancarkan sinar α (inti ), maka inti tersebut kehilangan 2 proton dan 2 neutron, sehingga

  Z berkurang 2, n berkurang 2, dan A berkurang 4 Peluruhan Sinar Beta Peluruhan Sinar Beta Salah satu bentuk peluruhan sinar beta adalah peluruhan neutron. Neutron akan meluruh menjadi proton, elektron, dan antineutrino. Antineutrino merupakan partikel netral yang mempunyai energi, tetapi tidak memiliki massa. Bentuk peluruhan sinar beta yang lain adalah peluruhan proton. Proton akan meluruh menjadi neutron, positron, dan neutrino. Neutrino memiliki sifat yang sama dengan antineutrino. Peluruhan sinar beta bertujuan agar perbandingan antara proton dan neutron di dalam inti atom menjadi seimbang sehingga inti atom tetap stabil. ₂₁ Jika inti radioaktif memancarkan sinar beta (β ) maka nomor massa inti tetap (jumlah nukleon tetap), tetapi nomor atom berubah. Terjadi dua proses peluruhan, yaitu:

  22 Peluruhan Gama Peluruhan Gama

  Suatu inti atom yang berada dalam keadaan Suatu inti atom yang berada dalam keadaan ground ground tereksitasi dapat kembali ke keadaan dasar ( tereksitasi dapat kembali ke keadaan dasar ( state) yang lebih state) yang lebih stabil dengan memancarkan sinar stabil dengan memancarkan sinar

  → gamma → gamma peluruhan sinar gamma. peluruhan sinar gamma. Atom yang tereksitasi biasanya terjadi pada atom Atom yang tereksitasi biasanya terjadi pada atom yang memancarkan sinar alfa maupun sinar beta, yang memancarkan sinar alfa maupun sinar beta, karena pemancaran sinar gamma karena pemancaran sinar gamma biasanya menyertai biasanya menyertai pemancaran sinar alfa dan sinar beta. pemancaran sinar alfa dan sinar beta.

  Peluruhan gamma hanya mengurangi energi saja, tetapi Peluruhan gamma hanya mengurangi energi saja, tetapi tidak mengubah susunan inti. tidak mengubah susunan inti. Seperti dalam atom, inti atom dapat berada pada Seperti dalam atom, inti atom dapat berada pada keadaan eksitasi, yaitu keadaan inti yang tingkat keadaan eksitasi, yaitu keadaan inti yang tingkat energinya lebih tinggi dari keadaan dasarnya. energinya lebih tinggi dari keadaan dasarnya. ₂₃ star (*).

  Inti yang berada pada keadaan eksitasi diberi tanda Keadaan eksitasi inti ini dihasilkan dari tumbukan dengan partikel lain Inti yang berada dalam keadaan eksitasi pada umumnya terjadi setelah peluruhan. Misalnya:

  24

  1. Radioaktivitas primordial Pada litosfer, banyak terdapat inti radioaktif yang sudah ada bersamaan dengan terjadinya bumi, yang tersebar secara luas yang disebut radionuklida alam. Radionuklida alam banyak terkandung dalam berbagai macam materi dalam lingkungan, misalnya dalam air, tumbuhan, kayu, bebatuan, dan bahan bangunan. Radionuklida primordial dapat ditemukan juga di dalam tubuh mausia. Terutama radioisotop yang terkandung dalam kalium alam. ₂₅

  2. Radioaktivitas yang berasal dari radiasi kosmik Pada saat radiasi kosmik masuk ke dalam atmosfer bumi, terjadi interaksi dengan inti atom yang ada di udara menghasilkan berbagai macam radionuklida. Yang paling banyak dihasilkan adalah H$3 dan C$14. Kecepatan peluruhan dan kecepatan pembentukan radionuklida seimbang, sehingga secara teoritis jumlahnya di alam adalah tetap. Berdasarkan fenomena tersebut, maka dengan mengukur kelimpahan C$14 yang ada dalam suatu benda, dapat ditentukan umur dari benda tersebut dan metode penentuan umur ini dinamakan penanggalan karbon ( Carbon Dating). ₂₆

  27 Deret Radioaktif Unsur radioaktif bisa berubah menjadi unsur radioaktif baru dan seterusnya sampai dihasilkan unsur yang stabil, dan membentuk suatu deret radioaktif. Unsur$unsur dengan Z > 83 bersifat radioaktif yang digolongkan dalam 4 deret yaitu:

• Torium : 4n
• Neptunium : 4n + 1
• Uranium : 4n + 2
• Aktinium : 4n + 3
₂₈

  " ! # $ _" % %& !

  29

  30

  31

  32

  33 Radioaktivitas buatan

  Radioaktivitas buatan dipancarkan oleh radioisotop yang sengaja dibuat manusia, dan berbagai jenis radionuklida dibuat sesuai dengan penggunaannya. Isotop buatan pertama kali dibuat Rutherford (1919), adalah 8O17 yang tidak radioaktif.

  4

  17

  1

  → N He + O H

• 14

  7

  2

  8

1 Tahun 1934 Irine Curie dan suaminya F. Joliot

  mengumumkan bahwa boron dan aluminium dapat dibuat radioaktif dengan jalan menembakinya dengan partikel alfa yang berasal dari polonium. Hasil penembakan ini memancarkan positron. ₃₄

   !" "# $%&" "! ' ( ) * ' ( )

  ^{λ λ λ t} 35 ^{p ~ t p = probabilitas meluruh t = selang waktu p =λ λ λ λ λ= konstanta perbandingan/ konstanta peluruhan 1 p =1 λ λ λ λ t (1 λ λ λ λ t) Selama n selang waktu (1 λ λ λ λ t) 2 Selama 2 selang waktu n Karena n. t = jumlah selang waktu seluruhnya (1 λ λ λ λ t) n = (1 λ λ λ λn t/n) n = (1 λ λ λ λt/n) n} lim (1+x/n) _{Kemungkinan 1 atom tdk meluruh selama t} ⁿ = e ^x _n→~ lim (1 λ _{λ λ} ^{λt /n) n} = e ^{λ λ λ λ t} _n→~

• , - . /
• / - / ^λ →

  11 (

• 2 /3 4 - λ / ^λ
• λ / / - λ 5 + - / - 5 / - λ 5 / ,/3/ . - λ 6 7 7 ,/3/ . - λ

  / - + / - + ³⁶ Asal mula persamaan **

  37 ½)

  $ , ½) + ½) ½)

8 Laju pancaran radiasi dalam satuan waktu disebut

  konstanta peluruhan (λ)

  9

  secara matematik hubungan antara λ dan t½ dinyatakan dengan

  "73 λ -

  36 $ / (

• λ / - - λ /

  : ) ₃₈ ^λ

Dari persamaan **, maka diperoleh konstanta Dari persamaan **, maka diperoleh konstanta peluruhan: peluruhan:

  39

  40 $$ Satuan Radioaktivitas Satuan aktivitas adalah Curie (Ci).

  1 Ci = sejumlah zat radioaktif yang dapat menghasilkan 3,700.10

  10

pelrhn/dtk (Bq)

Satuan SI dari radioaktivitas adalah Becquerel yang didefinisikan sebagai: 1 peluruhan per detik = 1 Bq.

  Satuan rad adalah suatu pengukuran energi radiasi yang diserap (biasanya disebut dosis). Satu rad: penyerapan 100 erg oleh tiap gram zat yang disinari. Dalam sistem SI Gray atau Gy = 1 joule kg

  $1 , Jadi 1 Gy = 100 rad . ₄₁ Bahaya Radiasi Bahaya Radiasi

  Radiasi dapat menimbulkan kerusakan, yaitu perubahan yang membahayakan yang berlangsung pada benda mati dan makhluk hidup akibat pemaparan terhadap elektron berenergi, nukleon, fragmen fisi, atau radiasi elektromagnetik energi tinggi. Pada benda mati, kerusakan dapat disebabkan oleh eksitasi, ionisasi, perubahan elektronik, atau perpindahan atom. Pada makhluk hidup, dapat mengakibatkan perubahan$ perubahan pada sel yang mengganggu struktur genetiknya, keikutsertaan pada pembelahan sel, atau bahkan membunuh sel tersebut. ₄₂

  Pada manusia, perubahan$perubahan ini dapat menyebabkan penyakit radiasi, luka bakar akibat radiasi (akibat dosis tinggi radiasi), atau berbagai macam kerusakan jangka panjang seperti berbagai jenis kanker. Kerusakan$kerusakan tersebut dapat terjadi karena radiasi dapat melewati atau menembus suatu benda. Jenis dan tingkat kerusakan tergantung pada beberapa faktor, antara lain jenis dari energi radiasi serta sifat dari medium. ₄₃ Dosis Serap

  Suatu ukuran untuk menyatakan sejauh mana materi telah dikenai radiasi ionisasi disebut dosis.

  Dosis Serap menyatakan energi per satuan massa yang diserap oleh materi akibat radiasi tersebut.

  D = E /m dengan D = dosis serap,

  E = besarnya

energi yang diberikan oleh radiasi pengion,

m = massa yang menyerap energi

  Dalam satuan SI, dosis serap dinyatakan dalam Gray (Gy), yaitu dosis terserap bila energi per satuan massa yang diberikan pada materi oleh radiasi ionisasi memiliki nilai 1 joule /kilogram.

  Satuan terdahulu adalah rad (rd) ∼ 10 $2 Gy. ₄₄