RADIOAKTIF Oleh Arif Yachya, M.Si

RADIOAKTIF

Oleh

Sub bab :

Radioaktivitas

Tipe Radiasi

Peluruhan Radioaktif

• Atom-atom dengan nomor atom sama & nomor massa berbeda  Isotop

• Isotop suatu unsur berjumlah sampai 20

• Bila jumlah proton & Nneutron sama  isotop stabil Nomor massa (A) = n P + n N

Nomor atom (Z) Menunjukkan n P atau n e

-A

Z

• Pada unsur-unsur dg nomor atom yang besar  seringkali rasio proton dg n eutron bernilai lebih dari 1  isotop-isotopnya tidak stabil

• Isotop-isotop yang tidak stabil  radioisotop

• Radioisotop terdapat di alam : uranium, plutonium, thorium & radium

• misalnya neutron dapat memancarkan elektron (yang disebut

negatron) untuk menjadi proton. sebaliknya proton dapat

menjadi neutron dengan memancarkan positron

• Positron mempunyai massa yg sama dengan elektron tetapi bermuatan positif

• Kedua Proses tersebut akan mengubah rasio No atom dg No massa, contoh

Lambang partikel "beta"  digunakan untuk positron (ß-+_{), atau}

negatron (ß- _),

negatron positron

Partikel sub atom

no atom no massa muatan

Proton (p) 1 1 1 elektron (e) -1 0 -1 neutron (n) 0 1 0 deutron (H) 1 2 1 triton (T) 1 3 1 Positron (β) 1 0 1 negatron (β) -1 0 -1

Peluruhan Radioaktif (Radioaktifitas)

Atom stabil berbeda dg atom tdk stabil karena mempunyai kelebihan energi, massa atau memiliki keduanya.

Bila inti dalam kondisi tidak stabil karena suatu sebab, maka inti bersifat radioaktif, yaitu membebaskan partikel atau-dan radiasi elektromagnetig untuk mencapai kestabilan.

Energi (emisi) yang dipancarkan disebut  radiasi

• Peluruhan radioaktif  memancarkan partikel alfa (4

2α ) , beta,

sinar gamma (γ ray), atau sinar x

• Seringkali radioisotop  hasil rekayasa manusia

Radiasi  suatu emisi (pancaran) dan perambatan energi melalui materi atau ruang dalam bentuk gelombang elektromagnetik dan atau partikel

• Misal : Peluruhan pertama radium (Ra) menghasilkan Radon (Rn) yg masih bersifat radioaktif  meluruh lagi sampai stabil

• Emisi sinar gamma (γ ray) dan x adalah gelombang

elektromagnetig bukan partikel subatomik  shg tidak merubah no atom

• Sinar gamma dan X merupakan GEM dengan panjang gelombang (λ) pendek, berfrekuensi tinggi & sangat berbahaya

Radiasi dikelompokkan menjadi : 1. Radiasi ionisasi

2. Radiasi non-ionisasi

Perbedaan Radiasi ionisasi dengan Radiasi non-ionisasi

Ad 1). Radiasi ionisasi

– GEM berenergi tinggi

– (gamma) atau partikel berat (beta dan alfa). – Mempunyai cukup energi untuk

mendorong/mengeluarkan elektron dari orbit Ad 2). Radiasi Non-ionisasi

– GEM berenergi rendah – Gelombang radio

– Tidak Mempunyai cukup energi untuk

II.1. Radiasi terionisasi

Definisi

“ Tipe radiasi yang mampu mengganggu/mengubah atom dari kondisi stabil menjadi tidak stabil (terionisasi) ketika dilewatinya

Tipe Radiasi terionisasi

1. partikel Alfa (4₂α )

2. partikel Beta : negatron (ß- _{), dan positron (ß}-+_),

3. Sinar Gamma ( γ )

4. Sinar X-Rays

5. Neutron

Partikel alfa :

2 neutron & 2 proton (4 2α )

Mempunyai massa yang besar, (berat)  daya tembus sangat kecil (di udara sejauh 4 cm). Tidak mampu menembus benda

padat/kertas.Digunakan sebagai radioterapi. Hanya berbahaya bila terhirup

Tipe dan Karakteristik Radiasi terionisasi

Partikel Beta:

Elektron atau positron

Bermassa kecil & energinya tidak stabil.

Sinar Gamma ( foton) : dihasilkan setelah inti atom melepaskan partikel alfa, beta atau positron. merupakan radiasi gelombang

elektromagnetik dengan energi sangat tinggi sehingga memiliki daya tembus yang sangat kuat.

Sinar X (foton): dipancarkan ketika terjadi perpindahan atau penyusunan ulang elektron di dalam orbital

Sinar gamma bukanlah partikel sehingga tidak memiliki nomor atom (A=0) maka dalam peluruhan sinar-γ tidak dihasilkan inti atom baru

Contoh ₂₇Co60m 

27Co60 + 

Neutron dipancarkan pada nuklida yang memiliki kelebihan neutron relatif terhadap inti yang stabil.

Contoh:

36Kr87  36Kr86 + 0n1

Neutron : mempunyai massa yang sama dengan proton & tidak

bermuatan. Massa neutron sedikit lebih besar dari massa proton plus elektron (neutron meluruh menjadi proton dan elektron)

Foton

 Partikel elementer dalam fenomena elektromagnetik yang dianggap

membawa radiasi elektromagnetik, seperti cahaya, gelombang radio, dan Sinar-X.

 Foton berbeda dengan partikel

elementer lain seperti elektron dan quark, karena ia tidak bermassa

Foton yang dipancarkan dalam berkas koheren

laser

 Dalam ruang vakum foton selalu bergerak dengan kecepatan cahaya,.

 Foton memiliki 2 sifat : sifat gelombang & partikel ("dualisme gelombang-partikel").

II.2. Radiasi non-terionisasi

Merupakan GEM yang tidak mampu menghasilkan ion ketika melewati suatu materi, karena energinya yg rendah”

Seluruh permukaan bumi memancarkan radiasi. Matahari

Matahari memancarkan radiasi berupa sinar infra merah berenergi tinggi, cahaya tampak, & sinar ultraviolet yang semuanya disebut sebagai radiasi gelombang pendek (short wafe radiation = SW)

Bumi memancarkan radiasi berupa sinar infra merah berenergi rendah yang disebut dengan radiasi gelombang panjang (long-wave radiation = LW)

Sumber Radiasi non-terionisasi

Cahaya nampak

microwave Radio

Monitor / TV

Sinar inframerah untuk terapi kesehatan Lasers

Sumber radiasi dari aktivitas/benda

buatan manusia

Peluruhan Radioaktif

Peluruhan inti tidak stabil terjadi secara acak

Laju peluruhan sejumlah inti sebanding dengan jumlah inti

N adalah jumlah inti yang tersisa

Ni adalah jumlah inti awal pada saat t =0 k adalah tetapan peluruhan

t adalah lama penyimpanan

berhubungan k dengan waktu paruh (

t

_½)

Ln2 0,6931

t

_½

--- =

---k ---k

Waktu paruh  waktu yang

diperlukan inti dalam sampel

untuk meluruh menjadi setengah dari jumlah asalnya

Waktu paruh bervariatif  10-21 _detik

sampai 1024 _tahun

N = Ni e

-kt N 1 t / t_1/2 --- =

---Ni 2

Aktivitas radioaktif

adalah laju pelepasan/peluruhan inti persatuan waktu

dN

Aktivitas (A) = -- --- = kN = Ai

e

-kt dt

Bila A dan k diketahui, maka jumlah inti N pada waktu tertentu dapat dihitung

A A. t_1/2 A. t_1/2 N = --- = =

---k ln 2 0,6931

Satuan SI untuk aktivitas (A)  Bq (becquerel) 1 Bq adalah 1 pelepasan radioaktif per detik

Satuan lainnya adalah Curie (Ci), semula didasarkan pada laju disintegrasi 1 gram radium, tetapi sekarang didefinisikan sebagai 3,7 x 1010 _{disintegrasi per}

detik

1 Rad  banyaknya radiasi yg memberikan 10-2 _{J energi per kg jaringan}

• Satu rad adalah jumlah energi radiasi yang diserap 100 erg per gram bahan.

• Dalam SI satuan dosis adalah Gray (Gy) yang didefinisikan sebagai 1 JKg-1_.

1 Gy = 100 rad. Contoh soal

1. Waktu paruh Bi adalah 5 hari. Jika mula-mula di simpan beratnya adalah 40 gram, maka setelah disimpan 15 hari beratnya berkurang sebanyak? Jawab:

Nt/N0 = (1/2)t/t1/2

Nt/40 = (1/2)15/5

Nt = 1/8 x 40 Nt = 5 gram

2. Suatu radioisotop X meluruh sebanyak 87,5% setelah disimpan selama 30 hari. Waktu paro radioisotop X adalah?

Jawab;

Nt = 100-87,5 = 12,5%

12,5/100 = (½) 30/x

1/8 = (1/2) 30/x

Efek negatif Radiasi

• Radiasi menimbulkan efek buruk & menguntungkan bagi manusia • Semua radiasi menimbulkan kerusakan yang sebanding dengan

banyaknya energi (jumlah partikel atau foton) yang dipaparkan dan terserap pada sel & jaringan.

• Kerusakan yang terjadi berupa : perubahan kimia molekul penyusun sel  terjadi perubahan fungsi  pertumbuhan sel tidak normal/tak terkendali  mati

Misal :

Partikel alfa, memiliki daya tembus/energi kinetik di udara sampai 10 cm. Pada jaringan atau air sebesar 0,05 cm. akan tetapi

menghasilkan ionisasi hebat dalam jejaknya sampai partikel ini menerima e untuk menetralkannya menjadi atom He yang tidak berbahaya

• Efek radiasi terhadap sel & jaringan tergantung pada besarnya radiasi yg diserap oleh sel atau jaringan  maka satuan yang

umum digunakan adalah Rad (Radiation absorbed dose = dosis

radiasi terserap)

• 1 Rad  banyaknya radiasi yg memberikan 10-2 _{J energi per kg}

jaringan

• Kerusakan jaringan manusia oleh radiasi ditentukan : jenis radiasi, sifat jaringan, dosis radiasi total & tingkat radiasi  maka digunakan satuam Rem (roentgen equivalen in man = kesetaraan rongen

pada manusia)

• Rem menunjukka ukuran dosis radiasi efektif yang diterima manusia • 1 rem pada manusia = 1 rad radiasi beta atau gamma

• Radiasi alfa lebih beracun (1 rad alfa sebanding dg 10 rem) • Tingkat aman pemaparan radiasi  masih didebatkan. Orang

amerika rata2 mendapat 100 mRem /tahun dari sumber alami ataupun nuklida

• Perdebatan tersebut mengenai dosis ambang radiasi untuk

mengakibatkan perubahan sel dan adanya pendapat lain bahwa efek radiasi bersifat kumulatif

Radiasi

Sel & jaringan

Kerusakan jangka

pendek : kerusakan sel atau jaringan yang

langsung bisa diamati

Kerusakan jangka panjang : kerusakan genetik yang akan

bersifat patologis 10 -20 tahun ke depan

• Mudah

mendefinisikan/menentukan besaran radiasi yang dapat menyebabkan kematian pada manusia  tingkat LD 50

manusia (dosis yang

menyebabkan kematian 50% dalam waktu 30 hari) sebesar 500 rad

• Radiasi penginduksi kanker tidak muncul sampai 10 tahun setelah terpapar (tumor) atau 2 tahun untuk leukemia

• Waktu setelah terpapar sampai kemungkinan terbentuk kanker  periode laten

Efek Radiasi pada Embrio/Janin

a. Pada Embrio/janin, sel-selnya tumbuh & berkembang dengan cepat  lebih sensitif terhadap radiasi dibanding orang dewasa

b. Efek radiasi bervariasi, tergantung dosis radiasi & tahapan perkembangan janin

c. Efek utama berupa keguguran, kelainan janin & keterbelakangan mental

 Tanpa terpapar radiasi, risiko terjadinya aborsi spontan 15%  Tanpa terpapar radiasi, risiko terjadinya kelainan genetik 11%  Tanpa terpapar radiasi, risiko terjadinya kelainan janin 3%.

Lebih dari 10 rem diperlukan untuk meningkatkan laju kelainan  Tanpa terpapar radiasi, risiko terjadinya keterbelakangan

mental 3%

• Sel-sel yang aktif membelah  sangat sensitif terhadap kerusakan radiasi

• Jaringan yang sensitif terhadap radiasi : kulit, rambut, sel darah merah baru, & mukosa usus halus

• Jaringan yang kurang sensitif terhadap radiasi : otot, tulang, otak & jaringan ikat • Efek radiasi pada sel :

1. Sel mati

2. Sel masih mampu membelah, tetapi anakan sel mati

3. Sel mampu membelah menghasilkan anakan sel abnormal 4. Sel mampu memperbaiki kerusakannya & kembali normal

Sensitivitas Sel

• Mutasi genetik berupa kesalahan dalam perbaikan kromosom di sel telur (ovum) atau sperma

• Ovarium dapat memperbaiki kerusakan ringan akibat radiasi • Efek mutasi genetis mungkin muncul pada generasi selanjutnya • Mutasi genetik akibat radiasi telah dibuktikan pada hewan coba

dengan dosis radiasi yang tinggi (>25 rem).

• Mutasi genetik akibat radiasi pada manusia belum dijumpai atau dilaporkan

Efek Radiasi pada Gen

Kerusakan kromosom

akibat Radiasi

• Kerusakan langsung

– Radiasi menyebabkan Molekul air terionisasi & terurai menjadi OH & H yang bersifat radikal bebas

– Ion OH yang bersifat radikal bebas sangat reaktif  dapat bereaksi dengan DNA

– 75 % radiasi menyebabkan kerusakan DNA yang diakibatkan oleh ion OH sebagai radikal bebas

Kerusakan kromosom

Pembentukan cincin dan fragmen

diikuti oleh replikasi kromosom.

Chromosome Damage

Pertukaran antara dua kromosom

membentuk kromosom dengan dua

sentromer dan fragmen, diikuti oleh

replikasi.

Apa yang terjadi setelah kromosom rusak?

Sel mungkin:

• Memperbaiki kerusakan ringan & kembali normal.

• Memiliki beberapa kerusakan ringan & menjadi tidak aktif sampai agen lain berinteraksi dengan sel yang sama.

(Jika itu adalah sel reproduksi seperti sperma atau sel telur) memiliki kerusakan pada kode genetik yang tidak muncul sampai generasi mendatang (anak-anak Anda, anak-anak mereka, dll).

• Memiliki beberapa kerusakan  menyebabkan sel menjadi kanker. • Berhenti berfungsi.

• Mati.

Aplikasi Reaksi Inti dan Keradioaktifan

A. Radioaktif Sebagai Perunut

• Bidang kedokteran ; diagnosa • Bidang industri ; pelumas/oli

• Hidrologi ; kecepatan arus,kebocoran pipa • Biologis ; mekanisme fotosintesis

B.

Radioisotop sebagai sumber Radiasi

• Bidang Kedokteran ; sterilisasi, terapi tumor/kanker • Pertanian ; teknik jantan mandul, pemuliaan

tanaman, penyimpanan makanan

• Bidang industri ; pemeriksaan tanpa merusak, mengontrol ketebalan bahan, pengawetan makanan

• Isotop Radioaktif dapat dibuat dengan cara menembaki atom suatu unsur menggunakan neutron atau partikel lain.

• Proses mekanis ataupun biologis dapat dianalisis menggunakan isotop radioaktif dengan jumlah yg kecil sebagai perunut.

• Contoh: sejumlah kecil isotop radioaktif dicampur (dilabelkan) ke pupuk tanaman. Penyerapan pupuk oleh tanaman dg mudah dapat diukur dengan detektor Geiger Muller.

• Isotop radioaktif juga dapat digunakan untuk merunut lokasi kebocoran pipa yang ditanam di bawah permukaan tanah

• Sejumlah kecil isotop radioaktif dicampur dengan fluida yg dialirkan di dalam pipa. Dengan detektor radioaktif diukur aktivitas sepanjang pipa. Lokasi kebocoran ditandai dengan aktivitas yang paling tinggi

Latihan Soal

1. Sebuah contoh perkakas kayu menunjukkan aktivitas spesifik 14_{C sebesar 0,195}

Bq/g. Perkirakan umur perkakas tersebut bila diketahui aktivitas spesifik awal 0,255 Bq/g ?

2. Peluruhan beta dari 40_{K yang merupakan bagian alami dari tubuhmembuat}

semua manusia sedikit radioaktif. Manusia dewasa yang bobotnya 70 kg

mengandung 170 g kalium. Kelimpahan alami relatif 40_{K adalah 0,0118%, waktu}

paruhnya 1,28. 109 _{tahun, partikel beta memiliki energi kinetik rata-rata 0,55}

MeV. (Diketahui massa atom relatif K adalah 40 g/mol dan besarnya bilangan avogadro adalah 6,022. 1023 _mol-1₎

a). Hitunglah aktivitas total K dalam orang ini

b). Tentukan (dalam rad/tahun) radiasi terserap tahunan yang muncul dari 40_K

tubuhnya sendiri.

catatan: untuk menjawab No 2a. Harus dicari jumlah partikel atom 40_K.