5 interaksi radiasi dengan materi

(1)

Interaksi Radiasi dengan Materi

Sulistyani, M.Si.

(2)

Men urut An da jika ada sin ar radiasi m en gen ai suatu

m ateri, bagian m an a dari m ateri tersebut yan g

berin teraksi den gan sin ar radiasi yan g

(3)

Kon sep Dasar

 Interaksi radiasi dengan m ateri pada dasarnya m erupakan interaksinya dengan elektron di dalam orbital atom .

 Interaksi radiasi dengan m ateri m enyebabkan terjadinya ionisasi dan eksitasi.

 Interaksi radiasi dengan inti atom hanya terjadi dengan neutron yang tidak berm uatan sehingga tidak m enyebabkan ionisasi.

 Tabrakan elastis neutron dengan inti hidrogen m enghasilkan proton pental (recoil proton) yang dideteksi sebagai partikel tidak berm uatan.

 Besarnya energi radiasi ditentukan dengan cara m engukur jangkauan (range) radiasi ketika m enem bus m ateri, yaitu jarak yang dicapai oleh radiasi berenergi tertentu ketika m enem bus m ateri.

 Pengukuran energi radiasi juga dapat ditentukan m elalui ketebalan paruh (half thickeness), yaitu ketebalan m ateri yang dapat m engurangi intensitas radiasi itu m enjadi separuhnya. Dapat juga dengan m enentukan ketebalan paruh.

(4)

Behaviour of various kinds of radiation in a magnetic field.

(5)

(6)

 Interaksi partikel alfa sangat kuat tetapi pendek.

 Lintasan partikel alfa saat berinteraksi dengan m ateri adalah lurus dan m enghasilkan pasangan ion dengan kerapatan tinggi di sekitarnya.

 Partikel alfa yang hilang selam a m elewati m ateri ham pir seluruhnya karena interaksinya dengan elektron orbital atom , m enghasilkan suatu pasangan ion (elektron lepasan dan ion positifnya).

 Energi rata-rata yang diperlukan untuk m em bentuk satu pasangan ion di udara adalah 35 eV.

 J um lah pasangan ion yang dihasilkan per m m panjang lintasan radiasi inti disebut ionisasi spesifik.

 Ionisasi spesifik (pada 1 atm dan 15o_{C) pada akhir lintasan dari sebuah}

partikel alfa (sekitar 70 0 0 pasangan ion per m m panjang lintasannya)

lebih besar dari pada awal lintasannya (sekitar 30 0 0 pasangan ion per m m panjang lintasannya).

(7)

Specific ionization of the α particles of 210_{Po in air.}

 J angkau partikel alfa dapat dinyatakan dalam jangkau

(8)

(9)

Device for the determination of the range of α particles in air.

ZnS emits light as long as it is being hit by a particles. At

a certain distance between the ZnS screen and the α source the emission of light

(10)

Range of the

α

Particles of

210

Po (E = 7.69 M eV) in Various

(11)

(12)

In teraksi Radiasi Beta

 Interaksi sinar beta dengan materi menyerupai sinar alfa namun menghasilkan kerapatan pasangan ion jauh lebih sedikit (sekitar 4-8 pasangan ion per mm lintasan).

 Jangkauan partikel alfa jauh lebih panjang daripada partikel alfa dan partikel beta akan disimpangkan ke luasan yang lebih besar dengan lintasan berbentuk zig zag.

 Ionisasi pada radiasi beta lebih banyak ditimbulkan oleh ionisasi sekunder.  Dengan menggunakan kurva energi vs jangkau, energi maksimum dapat

ditentukan. Hubungan antara berkurangnya intensitas radiasi dengan ketebalan linier jika energi elektron konversi di atas o,2 MeV.

 Penentuan energi radiasi beta harus memperhatikan adanya serapan diri.  Pada interaksi radiasi beta terdapat fenomena back scattering.

(13)

(14)

Maximum range R_maxof β particles as a function of their

(15)

Beta radiation interacts with m atter in three different ways:

(a) Interaction with electrons leads to excitation of the electron shell and ionization. The important parameter for this interaction is the electron density in the

absorber, i.e. the number of electrons per mass unit given by Z/A. This is

(16)

(17)

(b) Interaction with atomic nuclei increases with the energy of the β radiation. In the electric field of a nucleus high-energy electrons emit X rays of

continuous energy distribution (bremsstrahlung) and lose their energy in steps.

(c) Backscattering can be measured by the method shown in Fig. 6.10. It also depends on the energy Emax of the β radiation and the atomic number Z of

(18)

In the case of absorption of β+ _{radiation, emission of}γ_{-ray photons is observed:} positrons are the antiparticles of electrons. After having given off

their energy by the interactions (a) to (c), they react with electrons by

annihilation and emission of predominantly two y-ray photons with an energy of 0.51 MeV each in opposite directions (conservation of momentum). The energy of 2 x 0.51 = 1.02 MeV is equivalent to 2m_e, the sum of the masses of the

(19)

(20)

(21)

In teraksi Radiasi Gam m a

 Interaksi radiasi gamma dengan materi sangat kecil sehingga memiliki daya tembus yang jauh lebih besar daripada radiasi alfa dan radiasi beta.

 Daya tembus dicirikan oleh ketebalan paruh suatu penyerap, yaitu ketebalan yang dapat mengurangi intensitas

radiasi menjadi separuhnya.  Penyerapan radiasi gamma

disebabkan oleh tiga proses fisik, yaitu efek fotolistrik, efek Compton, dan

pembentukan pasangan positron-negatron.

(22)

(23)

1. Efek fotolistrik

: radiasi gam m a m em indahkan sem ua energinya ke

suatu elektron orbital.

Efek yang dapat diam ati apabila sinar gam m a diserap oleh

m ateri:

(24)

Pem bentukan pasangan: terjadi dari perilaku suatu radiasi gam m a di dalam m edan listrik inti atom , untuk beralih bentuk m enjadi pasangan negatron dan positron radiasi gam m a yang sisa diham burkan.

2. Efek Com pton: radiasi gam m a m em indahkan hanya sebagian energinya ke suatu elektron orbital.

(25)

The total absorption coefficient μ is given approximately by the sum of the partial absorption coefficients due to the photoeffect (μPh), the Compton effect (μC) and pair

formation (μp):

(26)

(27)

(28)

Latihan

1. Apakah yang Anda ketahui dengan: a. J angkau

b. Ketebalan paro c. Ionisasi spesifik d. Ionisasi sekunder

2. Berikanlah perbedaan daya tem bus radiasi inti pada m ateri dan berikanlah alasannya!

3. Efek apakah yang dapat diam ati apabila sinar gam m a diserap oleh m ateri?

4. Sebutkan bahan penyerap yang cocok untuk m asing-m asing jenis radiasi!

(29)

Pem bahasan

 J angkau (range) adalah jarak yang dapat dicapai oleh radiasi berenergi tertentu ketika m enem bus m ateri.

 Ketebalan paro (half thickeness): ketebalan m ateri yang dapat m engurangi intensitas radiasi itu m enjadi separonya.

 Ionisasi spesifik adalah jum lah pasangan ion yang terjadi setiap m m panjang lintasan yang dilalui radiasi inti ketika berinteraksi dengan m ateri.

 Ionisasi sekunder adalah ionisasi yang disebabkan oleh elektron yang terlepas akibat interaksi radiasi inti dengan m ateri.

1

Urutan daya tem bus: radiasi alfa < radiasi beta < radiasi gam m a

Perbedaan ini diakibatkan karena kerapatan pasangan ion yang dapat dibentuk oleh interaksi sinar itu dengan m ateri.

Energi sinar alfa telah habis pada jangkau yang kecil saat m enem bus m ateri karena ham pir sem ua energinya digunakan untuk m em bentuk pasangan ion yang banyak.

(30)

Radiasi alfa m enghasilkan banyak pasangan ion (30 0 0 -70 0 0 pasangan ion), cenderung tidak dapat disim pangkan, m em iliki lintasan lurus, jangakuannya pendek.

Radiasi beta m enghasilkan pasangan ion yang jauh lebih sedikit dibandingkan partikel alfa (4-8 pasangan ion), dapat disim pangkan, lintasannya zig zag,

jangkauannya lebih panjang dibandingkan radiasi beta, m em ungkinkan m enghasilkan efek ionisasi sekunder dan tersier, serta m em ungkinkan

terjadinya efek pengham buran balik jika ditem patkan dalam suatu wadah.

(31)

Efek yang dapat diam ati apabila sinar gam m a diserap oleh m ateri:

Efek fotolistrik: radiasi gam m a m em ndahkan sem ua energinya ke suatu elektron orbital.

Efek Com pton: radiasi gam m a m em indahkan hanya sebagian energinya ke suatu elektron orbital .

Pem bentukan pasangan: terjadi dari perilaku suatu radiasi gam m a di dalam m edan listrik inti atom , untuk beralih bentuk m enjadi pasangan negatron dan positron radiasi gam m a yang sisa diham burkan.

4 Pada radiasi berenergi 1 Mev: radiasi alfa diserap secara sem purna oleh

ketebalan 8 m g cm-2_{, seperti selem bar kertas tipis, radiasi gam m a diperlukan}

suatu buku tipis (450 m g cm-2_{), sem entara itu ketebalan ensiklopedia}

24-volum e (sekitar 220 g cm-2_{) akan m elem ahkan intensitas radiasi gam m a}

sem ula dengan faktor sekitar 10-6_{, tetapi tidak m enghentikan radiasi itu secara}

sem purna. 3

H am buran balik (backscattering) partikel beta terjadi apabila partikel beta ditem patkan dalam suatu wadah m aka partikel beta akan dipantulkan dari m ateri wadah tersebut. J ika nom or atom dan ketebalannya m ateri (wadah) divariasi, m aka aktivitas radiasi beta yang terukur akan bertam bah dengan bertam bahnya nom or atom dan dengan naiknya ketebalan m ateri (wadah) itu akibat adanya ham buran balik.