If. TINJAUAN PUSTAKA
Radioaktivitas adalah gejala perubahan keadaan inti atom secara spontan yang berupa zarah dan atau gelombang elektrornagnetik sebagai akibat dari sifat ketidakstabilan. Perubahan dalam inti atom mernbawa perubahan suatu nuklida atau unsur menjadi nuklida atau unsur lain. Gejala radioaktvitas ini sernata-mata ditentukan oleh inti atom yang bersangkutan, tidak dapat dipengaruhi, dipercepat atau diperlarnbat dengan mengubah kondisi eksternal seperti suhu, tekanan dan lain-lain (Sasongko dan Kusminarto 1998). Radioaktivitas lingkungan, 87% disebabkan oleh surnber-sumber radiasi alam yang terdiri atas radiasi radon (51%), radiasi kosmik (lo%), radiasi interna (12%), radiasi eksterna-gamma (14%) dan disebabkan oleh radiasi buatan (13%) yang terdiri atas kegiatan medik (12%) dan lain-lain (1%) (UNSCEAR 1993). Pencemaran lingkungan dapat berasal dari bahan non radioaktif dan bahan radioaktif, serta dapat berbentuk gas, cair maupun padat. Manusia dan rnahluk hidup lain, disepanjang hidupnya berpotensi menerima radiasi dari dua sumber, yaitu radiasi yang berasal dari radionuklida alarn, misalnya deret uranium, dan toriurn, kaliurn-40 dan sinar kosmik, serta dari radionuklida s et a/. 1998). antropogenik atau buatan rnisalnya "Sr, ' " ~ e dan ' 3 7 ~ (Nareh Penyebaran
radionuklida
ke
lingkungan dapat
melalui berbagai
komponen lingkungan dan rnasuk ke dalam tubuh manusia melalui jalur kritik (critical pathway). Partikel radioaktif dari atmosfir (fallout) akibat dari percobaan nuklir atau peledakan bahan tambang yang jatuh ke burni melalui angin atau air hujan dapat masuk ke dalarn tanah (air tanah) dan badan air, yang seterusnya masuk ke dalarn tubuh rnanusia melalui rantai rnakanan atau langsung rnelalui udara (dalam proses pencernaan dan pernafasan) (IAEA 1989; Bennet 1995).
2.1.
Radiasi Alam Radiasi alarn berasal dari radionuklida alam yang merupakan sumber
pemancar radiasi sinar-a, sinar-p dan sinar-y (Cowart and Burnnet 1994). Berdasarkan asal-usulnya, sumber radiasi alarn dikelompokkan sebagai radionuklida primordial atau
teresterial dan
radionuklida
kosmogenik.
Radionuklida primordial terdiri atas dua kelompok, yaitu radionuklida alarn primordial yang tidak rnembentuk deret (singly occuring primordial radionuclides) seperti
8 7 ~ bdan , ' " ~ b dan yang membentuk deret (decay series) seperti
4 0 ~ ,
deret uranium ( 2 3 8 ~deret ), aktinium (235U), deret thorium (23Z~h). Radionuklida kosmogenik diantaranya adalah Z 2 ~ a 'Be , dan 14C, dan radiasi alam ini terdapat di udara, permukaan bumi, bahan bangunan, air dan bahan makanan (UNSCEAR 1993; Bennet 1995). Surnber radiasi alam terdapat di dalam tanah dan batuan yang kuantitasnya tergantung pada kondisi geologis tiap daerah. Radionuklida primordial dari unsur-unsur radioaktif alam dapat dikelornpokkan ke dalam ernpat deret peluruhan, yaitu deret torium-232 (232~h) yang memiliki umur paruh 1,40 x 10" tahun dan akan terus meluruh sampai menjadi isotop stabil torium D ('""pb), deret neptunium ("'Pu)
yang memiliki umur paruh 14,4 tahun dan akan terus
meluruh sampai menjadi isotop stabil bismuth909 ('OgBi), deret uranium-238 ( 2 3 6 yang ~ ) memiliki umur paruh 4,47 x
lo9tahun dan akan terus meluruh sampai
menjadi isotop stabil radium G (20"b) dan deret aktinium (An) yang memiliki umur paruh 9 x 10' tahun dan akan terus rneluruh sarnpai menjadi isotop stabil aktinium G ('07Pb)
(Kathren 1998). Makin panjang waktu paruh suatu
radionuklida dan makin banyak kejerahan (atomic abundance) di suatu lingkungan, maka potensi bahaya yang ditimbulkan ke lingkungan akan semakin tingggi (Susetyo dan Lahagu 1985, Cember 1996). Radiasi sinar kosmik adalah radiasi yang berasal dari luar atmosfer bumi seperti radiasi matahari dan bintang-bintang. Radiasi sinar kosmik terdiri dari dua bagian, yaitu radiasi sinar kosrnik primer dan radiasi sinar kosrnik sekunder. Radiasi sinar kosrnik primer dibagi menjadi radiasi sinar kosmik bintang, radiasi yang terperangkap oleh medan magnet bumi dan radiasi sinar kosmik matahari. Sinar kosmik yang terperangkap oleh medan magnet bumi kemudian mernbentuk sabuk radasi yang rnengelilingi bumi disebut dengan Van Allen Belt atau sabuk radiasi Van Allen. Sabuk ini sangat mematikan, sehingga para penerbang angkasa wajib memakai pakaian yang tahan radiasi (Wardhana 1996). Radiasi sinar kosmik sekunder terdiri dari meson, elektron, foton, proton, dan netron. Dosis radiasi dari sinar kosmik yang diterima penduduk bumi bergantung pada letak ketinggian lokasi seseorang yang bertempat tinggal. Dosis radiasi kosmik di dekat perairan laut sebesar 0,37 mSv, sedangkan untuk daerah yang lebih tinggi seperti Denver, Colombia dan La Paz mencapai 1 mSv atau lebih demikian pula yang terjadi pada pengguna jasa pesawat terbang (Gonzales and Anderer 1989).
2.2.
Uranium (U) Uranium adalah salah satu unsur radioaktif yang terjadi secara alami di
lapisan kerak bumi, hampir semua jenis batuan mengandung uranium rata-rata 33 Bqlkg, (UNSCEAR 1977, 1982, 1988; NCRP 1988 dalarn Kathren 1998). Radionuklida uranium termasuk kelompok aktinida yang mempunyai nomor atom 92, bobot massa 238,02891, titik cair 1135°C dan titik didih 413I0C. Uranium mempunyai 14 isotop yang eksis di alam, delapan isotop mermancarkan sinar-a dan enam isotop memancarkan sinar-p (Bhattacharyya 1998; Mortvedt 1994). Menurut Gascoyne (1992) dan WHO (2001), terdapat tiga isotop dari uranium yang eksis di alam, yaitu deret 2
3 8 ~(99,27%)
(Gambar 2),
2 3 5 ~(0,72%)
dan 2
3 4 ~
(0,0054%). Uranium yang terdapat di perairan alami adalah uranium heksavalen, berupa ion uranil (uoZ2-).
Gambar 2. Deret peluruhan radionuklida alam 238U(IAEA 1990a)
2.3.
Torium (Th) Torium adalah salah satu unsur radioaktif yang terbentuk secara alami di
lapisan kerak bumi dengan konsentrasi rendah (kira-kira 10 : 1.000.000). Torium dapat diserap oleh tanaman bahkan dapat terakumualsi di dalam tumbuhan lumut khususnya jenis Parmelia sulcafa (Kircher and Daillant 2002). Torium merupakan logam berat yang dalarn bentuk murninya seperti perak putih dan mempunyai kepadatan mirip dengan plumbum (Peterson ef a/. 2001). Sebagian besar torium yang terjadi secara alami eksis sebagai isotop torium-232, torium230 dan torium-228 (EPA 2002). Menurut Gascoyne (1992) ada enam isotop dari torium yang eksis di alam, yaitu 234Th,deret 2 3 2 ~(Gambar h 3), 2 3 0 ~ h 2 ,2 8 ~dan h 227
Th. Torium-232 mempunyai waktu paruh 1,40 x 10"tahun dan memancarkan
partikel alfa 4,O MeV, partikel beta 0,012 MeV dan sinar gamma sebesar 0,0013 MeV (Peterson eta/. 2001).
a
212,i
/ P
a
1,009 jam Plumbum (Z=82) Telerium (Z=81)
208~b STABlL
10,6 jam
3,l menit
h 1990a) Gambar 3. Deret peluruhan radionuklida alam 2 3 2 ~(IAEA
2.4.
Pengaruh Radiasi Terhadap Manusia Ada dua macam mekanisme radiasi pada materi biologi (organisrne
hidup) yaitu aksi langsung (direct) dan tidak langsung (indirect). Mekanisme langsung terjadi jika penyerapan energi langsung mengenai molekul penting tubuh seperti DNA dan menimbulkan kerusakan. Mekanisme tidak langsung terjadi jika terlebih dahulu terjadi interaksi antara radiasi dengan molekul air rnenghasilkan radikal bebas yang kemudian rnempengaruhi rnolekul seperti DNA. Mengingat bahwa tubuh manusia terdiri dari air (80%), maka sebagian interaksi radiasi di dalarn tubuh terjadi secara tidak langsung (Alatas 2003). Radiosensitivitas organ tubuh rnanusia tergantung pada sifat sel penyusunnya. Tingkat pembelahan
sel
radiosensitivitas
(reproduksi).
Makin
sel
tergantung
cepat
sel
pada
kecepatan
membelah,
maka
radiosensitivitasnya makin tinggi atau rnakin peka terhadap radiasi. Beberapa sel dan jaringan tubuh yang peka terhadap radiasi, dan dimulai dari yang paling peka, berturut-turut adalah sebagai berikut (Wardhana 1996): 1. Sel-sel darah putih (leukosit, lirnfosit, granulosit). 2. Sel-sel basalia atau penyusun (sel gonad, sel ovum, sel surnsurn tulang merah, saluran pencernaan). 3. Sel-sel alveola, penyusun gelembung paru-paru. 4. Sel penyusun jaringan empedu.
5. Sel penyusun jaringan ginjal. 6. Sel lapisan endhothelia pada rongga jantung dan pernbuluh darah.
7. Sel-sel conection, penyusun jaringan pengikat. 8. Sel pembentuk jaringan otot
9. Sel pembentuk tulang. 10. Sel pembentuk jaringan syaraf. Unsur radionuklida alam
2 3 8 ~dan
2 3 2 ~dapat h masuk ke dalam tubuh
manusia melalui beberapa cara, yaitu melalui pernafasan (inhalasi), saluran pencernaan atau mulut (ingesti) dan injeksi melalui pembuluh darah (O'Brien dap Cooper 1998). Uranium yang masuk ke dalarn tubuh, maka secara cepat akan melalui aliran darah berasosiasi dengan sel darah merah mernbentuk kompleks uranil albumin dan kompleks uranil hydrogen karbonat (U02HC03')
dalam
plasma darah (Moss 1985). Organ kritis untuk keracunan kimia dari uranium adalah tulang dan ginjal. Pada jaringan tulang, uranium dapat menggantikan kedudukan ion Ca dalarn bentuk kompleks hidroksiapatit. Waktu paruh biologi
(T~I,z) 2
3 8 dalam ~ jaringan
tulang % 300 hari dan pada ginjal %15 hari. Partikel 2 3 8 ~
yang tidak larut akan tinggal di organ jantung dan paru-paru. Hal ini menyebabkan kerusakan organ kritis inhalasi, retensinya dalam organ tersebut tergantung konsentrasi partikel, ukuran, kerapatan, bentuk dan karakter pernafasan serta jenis senyawanya (Frieberg and Vouk 1979; ICRP 1991). Torium masuk ke dalam tubuh manusia umumnya melalui inhalasi, serta ingesti melalui makanan dan minuman. Jika torium masuk melalui debu secara inhalasi, torium akan tinggal beberapa waktu di dalam paru-paru, tergantung pada bentuk kimianya. Jika masuk melalui ingesti, torium akan tinggal dalam tubuh dan dalam beberapa hari segera diekskresikan melalui feses dan urin. Sejumlah kecil torium akan masuk ke dalam aliran darah dan dideposisikan dalam tulang, serta tinggal untuk beberapa tahun. Berdasarkan ha1 tersebut, torium dapat menyebabkan risiko kanker tulang dan pankreas (Hewson and Fardy 1993, Syaifudin et a/. 1995, Tery eta/. 1997). Kerusakan organ tubuh manusia karena radiasi secara garis besar dapat dibagi menjadi kerusakan karena efek somatik, kerusakan karena efek tertunda dan kerusakan karena efek genetik (Wardhana 1996).
A. Efek Somatik Pengaruh efek somatik, akan langsung tampak pada orang yang terkena pajanan radiasi. Kerusakan organ tubuh karena efek somatik disebabkan sel-sel pembentuk jaringan tidak dapat membelah lagi, pembelahannya tertunda, atau pembelahan selnya tidak normal, sehingga jaringan yang terkena radiasi tersebut mati. Efek somatik akan tampak dalam waktu yang relatif tidak terlalu lama, antara lain kerusakan pada sistem syaraf pusat, kerusakan pada sistem pencernaan, kerusakan pada sumsum tulang atau sel-sel darah, kerusakan pada organ reproduksi, kerusakan kelenjar tiroid, kerusakan mata, kerusakan paruparu dan kerusakan ginjal. Faktor yang mempengaruhi terjadinya efek somatik adalah: Jenis radiasi yang mengenai tubuh. e
Banyaknya dosis serap yang diterima oleh organ tubuh.
e
Waktu paparan yang diterima oleh organ tubuh. Distribusi dosis radiasi yang diterima oleh tubuh.
B. Efek Tertunda Efek tertunda termasuk efek somatik yang akibatnya tidak dapat langsung tampak. Beberapa bentuk efek tertunda akibat terkena radiasi antara lain yaitu ; neoplasma (merupakan perubahan bentuk atau pertumbuhan sel karena radiasi), katarak, kemandulan, berkurangnya usia harapan hidup, hambatan pada pertumbuhan. C. Efek Genetik
Efek genetik akan terjadi setelah beberapa generasi. Efek genetik termasuk dalam efek somatik tertunda atau disebut juga hereditary effects. Namun, efek akibat terkena radiasi pada sel genetik hingga saat ini masih dalam tahapan penelitian untuk mendapatkan data yang lebih akurat dan benar.
2.5.
Metode Analisis Aktivasi Netron (AAN) Analisis aktivasi netron ditemukan oleh G. Hevesy dan G. Levi pada
tahun 1936. Metode analisis aktivasi netron merupakan proses reaksi inti dari unsur-unsur yang semula tidak radioaktif berubah sifatnya menjadi radioaktif, sehingga memancarkan radiasi dan umumnya radiasi sinar gamma. Analisis aktivasi netron telah banyak dilakukan dan diaplikasikan diberbagai disiplin ilmu, seperti biologi, pertanian, kedokteran, farmasi, arkeologi, geologi, perminyakan dan ilmu-ilmu lainnya. Salah satu pemanfaatannya dalam kegiatan medik yaitu untuk memeriksa unsur-unsur yang diperlukan tubuh yang terdapat dalam berbagai sampel. Keunggulan dari metode analisis aktivasi netron, antara lain yaitu: Kepekaan sangat tinggi, yaitu mampu menganalisis unsur dalam sampel dengan kadar sangat rendah (10-"-1 0-I0g) Tidak merusak sampel, yaitu tidak memerlukan reagen pada preparasi
-
sampel relatif sederhana Dapat diaplikasikan pada berbagai jenis sampel (padat, cair, gas) Mempunyai ketepatan dan ketelitian relatif tinggi
A. Prinsip Dasar Analisis Aktivasi Netron Prinsip dasar AAN adalah reaksi penangkapan netron termal oleh suatu inti menghasilkan nuklida radioaktif. Nuklida radioaktif bersifat metastabil yang memancarkan partikel beta
(P-) atau sinar gamma (y) dan cenderung mencapai
stabil. Sinar gamma yang karakteristik bagi setiap nuklida radioaktif dicacah
dengan spektrometer gamma (IAEA 1990b). Reaksi yang terjadi pada
2 3 8 ~dan
232
Th adalah (Fergussson 1983):
(23,5 menit)
(2,35 hari)
(22,3 menit)
(27 hari)
B. Spektrometer Gamma Spektrometer gamma adalah suatu alat yang digunakan untuk mengukur dan mengidentifikasi zat-zat radioaktif pemancar sinar gamma, dengan cara mengamati spektrum karakteristik yang ditimbulkan oleh interaksi zat-zat radioaktif tersebut dengan materi detektor. Spektrometer gamma terdiri dari detektor semikonduktor, sumber tegangan tinggi (high voltage suply), penguat awal (preamplifiei), Analog to Digital Converter (ADC), analisis salur ganda atau Multi Channel Pulse-Height Analyzer (MCA). 1. Detektor Semikonduktor Detektor untuk mendeteksi sinar gamma yang radioaktif dari
hasil
aktivasi netron,
dipancarkan oleh zat
umumnya
adalah detektor
semikonduktor germanium (Ge). Detektor dioperasikan pada suhu yang sangat rendah, oleh karena itu biasanya dimasukkan ke dalam suatu wadah hampa (cryostat), dan diisi nitrogen cair. Detektor tersebut mempunyai daya resolusi tinggi untuk mendeteksi unsur radioaktif yang mempunyai energi berdekatan. 2. Sumber Tegangan Tinggi (high voltage supply) Merupakan sumber tegangan dengan kekuatan 3000 V, berfungsi untuk memberi sumber tegangan pada detektor germanium. 3. Penguat Awal (preamplifier) Penguat awal merupakan satu kesatuan dengan sistem cryostat detektor, yang berfungsi untuk melakukan pemeriksaan terhadap pulsa luaran detektor, melakukan pembentukan pulsa pendahuluan dan mengadakan perubahan muatan menjadi tegangan pada pulsa detektor.
4. Penguat (amplifier)
Terdiri dari dua tombol pengatur gain penguat. Perubahan gain yang besar diatur oleh tombol coarse gain, sedangkan perubahan gain yang kecil diatur oleh tombol fine gain. 5. Analog fo Digital Converter (ADC)
Pada ADC pulsa dari penguat akan dikonversi rnenjadi angka-angka. 6. Multi Channel Pulse-Height Analyzer (MCA)
Data numerik hasil konversi ADC diakurnulasikan dengan salur dan hasilnya berupa spektrum pada layar penganalisis salur ganda.
