Inti atom tidak stabil

(1)

Nurun Nayiroh, M.Si

RADIOAKTIVITAS

FISIKA MODERN

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

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 disebutpartikel 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

(3)

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

kali

diciptakan oleh Marie Curie (1867 $ 1934),

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.

(4)

NUKLIDA

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

X

A

Z

X= simbol atom Z = nomor atom A = nomor massa N = A Z

(5)

Pada n/Z >> (kelebihan netron) , melepaskan

beta (

β

$

) atau merubah netron menjadi

proton dan beta (

β

$

)

9

n p

+

β

$

+

β

$

+

β

$

emiter beta

Pada

Pada n/Z

n/Z <<

<< (kelebihan

(kelebihan proton),

proton),

melepaskan positron (

β

+

) atau merubah

proton menjadi netron

positron ini tidak stabil dan akan bereaksi

dengan elektron menghasilkan 2 foton

β

+

+ e

$

2

γ

menangkap elektron pada kulit K

P

+

+ e

$

n

10

P+ n + β+

+ β+

emitor positron

(6)

Pada

Pada Z

Z >> 83

83,, melepaskan

melepaskan partikel

partikel alfa

alfa

Radiasi nuklir selain dipancarkan alfa

dan beta, juga hampir selalu dipancarkan

gamma

11

+ (

)

+2

Hipotesis Rutherford

Unsur radioaktif mengalami

transformasi spontan

Perubahan itu disertai dengan

pemancaran radiasi.

(7)

JENIS

JENIS$$JENIS RADIASI

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

(8)

β

Sinar beta merupakan elektron

berenergi tinggi yang berasal dari inti

atom

Sifat$sifat sinar

β

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.

(9)

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 akan mengionisasi atom dalam sel hidup, akibatnya akan dapat merusak sel dan menyebabkan kanker atau leukaemia.

Diluar tubuh, βdan γberbahaya 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 βdan γ kurang berbahaya dibandingα karena memiliki energi yang cukup untuk keluar dari tubuh.

(10)

Peluruhan Radioaktiv

Peluruhan sinar

α

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

(11)

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:

(12)

Peluruhan Gama

Suatu inti atom yang berada dalam keadaan Suatu inti atom yang berada dalam keadaan tereksitasi dapat kembali ke keadaan dasar (

tereksitasi dapat kembali ke keadaan dasar (ground ground 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

yang memancarkan sinar alfa maupun sinar beta, 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

energinya lebih tinggi dari keadaan dasarnya. lebih tinggi dari keadaan dasarnya.

23

Inti yang berada pada keadaan eksitasi diberi tanda star (*). Keadaan eksitasi intiini dihasilkan dari tumbukan dengan partikel lain

(13)

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).

(14)

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

(15)

! "

# $

% %& ! "

29

(16)

(17)

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.

7N14+ 2He4 →8O17+ 1H1

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.

(18)

!" "# $%&" "! ' ( ) *

' ( )

35

p ~ t p = probabilitas meluruh t = selang waktu

p =λλλλ t λλλλ= konstanta perbandingan/ konstanta peluruhan

1 p =1 λλλλ t

(1 λλλλ t)2

Selama 2 selang waktu

Selama n selang waktu (1 λλλλ t)n

Karena n. t = jumlah selang waktu seluruhnya

(1 λλλλ t)n _{= (1}_λ_λ_λ_λ_{n t/n)}n _{= (1}_λ_λ_λ_λ_t/n)n _{lim (1+x/n)}n_{= e}x n→~

Kemungkinan 1 atom tdk meluruh selama t

lim (1 λλλλt/n)n_{= e} λλλλt

n→~

* + , - . /

+

0

/ - / λ _→ ₁₁

( +

2 /3 4 -λ/ λ _-_λ_/

0

/ - λ 5 + - / - 5

/ - λ 5 /

(19)

Asal mula

persamaan **

37

+

$

,

½)

8

Laju pancaran radiasi dalam satuan waktu disebut konstanta peluruhan (λ)

9

secara matematik hubungan antara λdan t½ dinyatakan dengan

λ

-

"73

₃₆

$ /

( 0

- λ/ - -λ/

: )

(20)

Dari persamaan **, maka diperoleh konstanta

peluruhan:

39

(21)

Satuan Radioaktivitas

Satuan aktivitas adalah Curie (Ci).

1 Ci = sejumlah zat radioaktif yang dapat

menghasilkan 3,700.1010 _{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

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.

(22)

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