PRAKTIKUM PELURUHAN RADIOAKTIF
I. PENDAHULUAN
Peluruhan radioaktif merupakan sifat unik dari suatu radionuklida. Karakteristik peluruhan radioaktif tersebut banyak dimanfaatkan dalam Radiokimia, sehingga perlu dipelajari.
Praktikum Peluruhan Radioaktif meliputi pengukuran berulang aktivitas untuk menentukan umur paro radionuklida dan perhitungan aktivitas anak luruh dalam peluruhan berantai.
Setelah praktikum, peserta dapat menjelaskan peluruhan berantai. Secara khusus, peserta mampu :
1. Menjelaskan generator radionuklida;
2. Melakukan pengukuran berulang aktivitas radionuklida;
3. Menghitung umur paro berdasarkan data aktivitas hasil pengukuran berulang;
4. Menghitung aktivitas anak luruh berdasarkan persamaan Bateman; 5. Menggambarkan kurva peluruhan radionuklida;
II. TEORI
Inti atom yang tidak stabil secara spontan akan berubah menjadi inti atom yang lebih stabil. Proses perubahan tersebut dinamakan peluruhan radioaktif. Dalam setiap proses peluruhan akan dipancarkan radiasi.
Bila ketidakstabilan inti disebabkan karena komposisi jumlah proton dan neutronnya yang tidak seimbang, maka inti tersebut akan berubah dengan memancarkan radiasi alpha () atau radiasi beta (). Sedangkan kalau ketidakstabilannya disebabkan karena tingkat energinya yang tidak berada
pada keadaan dasar, maka akan berubah dengan memancarkan radiasi gamma ().
Peluruhan Tunggal
Setiap radionuklida akan meluruh dengan kecepatan tertentu yang sebanding dengan jumlahnya pada saat tersebut (N), dan dapat dinyatakan sebagai:
N
dt
dN
(1) dengan λ adalah konstanta peluruhan. Penyelesaian persamaan differensial tersebut adalah:
t
t
N
e
N
0
(2)Nt : jumlah inti atom yang tidak stabil saat ini,
N0 : adalah jumlah inti atom yang tidak stabil saat mula-mula,
t : selang waktu antara saat mula-mula sampai saat ini.
Aktivitas radioaktif atau radioaktivitas didefinisikan sebagai jumlah peluruhan yang terjadi per satuan waktu, atau dengan kata lain adalah laju peluruhan itu sendiri.
𝐴 = 𝜆 ∙ 𝑁
(3)Persamaan 2 dapat dapat diubah menjadi bentuk aktivitas sebagai berikut: t
t
A
e
A
0
(4)At : aktivitas pada saat t,
Peluruhan Berantai
Peluruhan berantai terjadi apabila anak luruhnya merupakan nuklida yang belum stabil (radionuklida), sehingga dapat digambarkan sebagai berikut:
N(1) → N(2) → N(3) …….. N(i-1) → N(i) Keterangan : N(i) radionuklida deret ke i.
Laju peluruhan dari masing-masing radionuklida dapat dinyatakan sebagai berikut : 1 1 1
N
dt
dN
(5)Jumlah radionuklida N1 yang meluruh tersebut, berubah menjadi radionuklida
N2, sehingga secara berurutan dapat dituliskan sebagai berikut:
1 1 2 2 2
N
N
dt
dN
(5a) 3 3 2 2 3N
N
dt
dN
(5b) i i i i iN
N
dt
dN
1 1 (5c)Penyelesaian dari persamaan diferensial dinyatakan dalam persamaan Bateman sebagai berikut:
)
...
(
1 2 3 3 2 1 0 1 t i t t t i ie
C
e
C
e
C
e
C
N
N
(6) dengan :) )...( )( ( ... 1 1 3 1 2 1 2 1 1 i i C (7a) ) )...( )( ( ... 2 2 3 2 1 1 2 1 2 i i C (7b) . ) )...( )( ( ... 1 3 1 1 2 1 i i i i i i C . (7c)
Berdasarkan persamaan di atas, aktivitas radionuklida ke 2 dapat dihitung dengan persamaan:
𝐴
2= 𝐴
10 𝜆2𝜆2−𝜆1
(𝑒
−𝜆1𝑡
− 𝑒
−𝜆2𝑡)
(8)Umur Paro
Umur paro (T½) didefinisikan sebagai selang waktu yang dibutuhkan agar
aktivitas suatu radioaktif menjadi setengahnya. Setiap radionuklida mempunyai umur paro yang unik dan tetap. Sebagai contoh, umur paro Co-60 adalah 5,27 tahun dan I-131 adalah 8,02 hari.
Umur paro orde menit sampai hari dapat ditentukan dengan melakukan pengukuran aktivitasnya secara berulang, sehingga kurva peluruhannya terhadap waktu dapat digambarkan.
Generator Radionuklida
Kebutuhan radionuklida yang memiliki umur paro pendek harus dipenuhi di tempat kebutuhan tersebut, karena tidak memungkinkan dilakukan pengiriman radionuklida tersebut dari instalasi produksi radionuklida ke instansi penggunanya, karena aktivitasnya akan meluruh dan tidak memadai lagi. Kebutuhan tersebut dapat dipenuhi dengan memanfaatkan sifat peluruhan radioaktif berantai tersebut. Radionuklida induk dipilih yang memiliki umur paro relatif panjang, dan menghasilkan radionuklida anak yang memiliki umur paro relatif pendek. Radioisotop anak diambil dengan cara pemisahan radionuklida anak dari induknya, biasanya menggunakan pemisahan secara kimia dan dengan cara yang relatif sederhana. Sistem seperti itu disebut generator radionuklida.
Tc-99m dengan waktu paro 6,6 jam diperlukan dalam kedokteran nuklir di rumah sakit. Tc-99m diambil dari suatu generator dengan radionuklida induk Mo-99 dengan waktu paro 67 jam dan meluruh β- menjadi Tc-99m. Pengambilan Tc-99m dilakukan dengan pemisahan secara khromatografi, dengan cara mengelusinya dengan larutan NaCl. Sedangkan untuk memperoleh Ba-137m dapat diperoleh dari generator Cs-137/Ba-137m, yang memiliki skema peluruhan sebagai berikut:
Gambar 2. Skema Peluruhan Cs-137
III. PERALATAN DAN BAHAN 1. Generator Cs-137/Ba-137m
2. Sistem pencacah gamma dengan detektor GM 3. Planset, kertas saring, pinset
4. Stopwatch 5. Sarung tangan 6. Larutan NaCl
7. Aplikasi Program Excel 8. Aplikasi Program Sigmaplot
IV. LANGKAH KERJA
Penentuan Umur Paro dari Radionuklida dengan Peluruhan Tunggal 1. Hidupkan sistem pencacah;
2. Lakukan pencacahan latar belakang dengan waktu pencacahan 6 detik; 3. Pakai sarung tangan karet;
4. Ambil larutan Ba-137m dari generator Cs-137/Ba-137m;
5. Lepas sarung tangan karet;
6. Lakukan pencacahan berulang dengan waktu pencacahan 6 detik setiap 30 detik sampai cacahan yang diperoleh mendekai cacah latar belakang; 7. Lakukan pencacahan latar belakang;
8. Lakukan pengolahan data hasil pencacahan menggunakan Excel untuk mendapatkan waktu paronya.
Penentuan Umur Paro dalam Peluruhan Berantai
Lakukan pengolahan data aktivitas Mo-99 dan Tc-99m pada lampiran dengan menggunakan Sigmaplot dengan langkah sebagai berikut:
1. menyalin data pada lembar kerja;
2. melakukan regresi tidak linier untuk mendapatkan kontanta peluruhan; 3. menggambarkan kurva peluruhan Mo-99 dan Tc-99m dalam satu grafik.
Mempelajari Sistem Peluruhan Berantai
1. berdasarkan umur paronya, tentukan interval waktu, supaya pertumbuhan anak luruh (Ba-137m) dapat dilihat;
2. masukkan data waktu terseput pada lembar kerja Excel; 3. masukkan rumus peluruhan induk (Cs-137) untuk menghitung
aktivitasnya sebagai fungsi waktu;
4. masukkan rumus perhitungan aktivitas anak luruh (Ba-137m) untuk hitung aktivitasnya sebagai fungsi waktu;
5. gambarkan kedua kurvanya dalam satu grafik.
6. Ulangi langkah 1 sampai dengan 5 untuk sistem Mo-99/Tc-99m.
7. Ulangi langkah 1 sampai dengan 5 untuk radionuklida Rn-222 dan anak luruhnya, menggunakan data yang diberikan.
V. TUGAS
1. Jelaskan faktor yang mempengaruhi penentuan umur paro secara berulang;
DAFTAR PUSTAKA
Grafton D. Chase dan Joseph L.Rabinowitz. Principle of Radioisotope Methodology. Third Edition . Minneapolis. 1967.
LEMBAR DATA PRAKTIKUM
PELURUHAN RADIOAKTIF
Radionuklida : Sistem Pencacah : Lama Pencacahan : Cacah latar belakang :
Waktu (menit) Waktu (detik) Cacah Waktu (menit) Waktu (detik) Cacah 0 0 10,0 600 0,5 30 10,5 630 1,0 60 11,0 660 1,5 90 11,5 690 2,0 120 12,0 720 2,5 150 12,5 750 3,0 180 13,0 780 3,5 210 13,5 810 4,0 240 14,0 840 4,5 270 14,5 870 5,0 300 15,0 900 5,5 330 15,5 930 6,0 360 16,0 960 6,5 390 16,5 990 7,0 420 17,0 1020 7,5 450 17,5 1050 8,0 480 18,0 1080 8,5 510 18,5 1110 9,0 540 19,0 1140 9,5 570 19,5 1170
LAMPIRAN 1
PENGOPERASIAN SIGMAPLOT
Fitting dengan Regresi non-linier
