4/7/2014
FISIKA ATOM & RADIASI
Atom → bagian terkecil dari suatu elemen yang berperan dalam reaksi
kimia, bersifat netral (muatan positif dan negatif sama). Model atom: J.J. Thomson (1910), Ernest Rutherford (1911), dan Niels Bohr (1913).
Model Atom Thomson
Model Atom Rutherford
Model Atom Bohr
Sumber: http://pipihseptianingsih.wordpress.com/2012/05/03/atom-2/
1
4/7/2014
Konsep gerak dan lintasan elektron 1. Elektron bergerak mengelilingi inti dengan momentum sudut
sebesar : h n 2 n bilangan kwantum dasar yaitu 1,2,3,4 dst. Ln
konstanta Planck 6,626 x 10-34 J dt.
2. Elektron bergerak dalam lintasan stasioner tanpa memancarkan
energi. 3. Elektron dapat pindah dari lintasan satu ke lintasan yang lain sambil memancarkan atau menyerap energi berupa gelombang elektromagnetik sebesar : E h.f E perbedaan energi antara kedua lintasan f frekuensi gelombang elektromagnetis yang dipancarka n atau diserap
Inti Atom Atom terdiri dari :
Elektron
Massa 1 elektron = 9,1 x 10-28 gram Massa 1 proton = 1,67 x 10-24 gram Massa 1 neutron = massa 1 proton
+ Proton
Neutron
Inti atom terdiri dari proton dan neutron . Jumlah proton (Z) sama dengan jumlah elektron mengelilingi
inti. Jumlah neutron dinyatakan dengan N, jumlah nukleon (partikel inti) A = Z + N Notasi penulisan nukleon atom X ditunjukkan : A Z
X
2
4/7/2014
Radioaktif Inti radioaktif → unsur inti yang mempunyai sifat memancarkan
sinar tak tampak, alfa, beta atau gamma. Becquerel , tahun 1896 → senyawa uranium memancarkan sinar tak tampak yang dapat menembus bahan yang tidak tembus cahaya serta mempengaruhi emulsi fotografi. Marie Currie, tahun 1896 → inti uranium dan beberapa unsur lain memancarkan salah satu partikel alfa, beta atau gamma.
Sinar Alfa Partikel yang dipancarkan oleh sebuah inti yang terdiri dari 4
buah nukleon yaitu 2 proton dan 2 neutron, merupakan inti helium. Memiliki daya tembus sangat kecil, dalam udara sejauh 4 cm dengan energi 5,3 MeV. Jika terjadi tumbukan, partikel alfa kehilangan energi 100 MeV, partikel akan menangkap 2 elektron menjadi helium netral saat energinya 1 MeV. Hubungan antara energi dengan jarak tembus partikel alfa : E 2,12 R 2/3 E Energi (MeV) R jarak tembus dalam (Cm)
3
4/7/2014
Sinar Beta Merupakan partikel yang dilepas atau terbentuk pada suatu nukleon
inti. Dapat berupa elektron bermuatan negatif (negatron), bermuatan positif (positron) atau elektron cupture (penangkapan elektron). Memiliki energi 0,01 MeV – 3 MeV, dengan daya tembus 100 kali lebih jauh dari sinar alfa. Partikel alfa dengan energi 1 MeV dapat menembus air 0,4 Cm. Menyebabkan kenaikan tingkat energi pada atom yang dilaluinya (pengion). Jarak tembus beta positron hampir sama dengan beta negatron. Positron dapat mendekati elektron atom atau bahkan menyatu dan berubah menjadi sinar gamma (proses anhiliasi) Hubungan energi dengan jarak tembus : R 0,543 E - 0,160 E energi maksimum (MeV) R Jarak tembus (gram/cm2 )
Neutron Partikel tidak bermuatan listrik yang dihasilkan dalam rekator
nuklir. Mempunyai energi tapi tidak mengionisasi. Pengurangan energi, melalui: Proses hamburan (scattering). Reaksi inti → membentuk inti berisotop Reaksi fisi → membentuk 2 inti menengah dan beberapa neutron serta energi. Peluruhan → pelapasan salah satu partikel. • Pemanfaatan: untuk pengobatan tumor otak → cairan Boron ditembakkan neutron dan mengalami disintegrasi inti sehingga memancarakan sinar alfa untuk menghancurkan jaringan tumor.
4
4/7/2014
Proton Inti zat cair yang bermuatan positif. Digunakan dalam radio terapi untuk menghancurkan kelenjar
Sinar Gamma dan Sinar X Merupakan gelombang elektromagnetik Sinar gamma → hasil disintegrasi inti atom. Sinar X → Merupakan sinar katoda, muncul karena adanya perbedaan
potensial arus searah yang besar diantara dua elektroda dalam sebuah tabung hampa. Perbedaan tegangan antar elektroda 20 KeV – 100 KeV, di klinik biasa digunakan 80 – 90 KeV. Sifat sinar X : Menghitamkan plat film Mengionisasi gas Menembus berbagai zat Menimbulkan fluoresensi Merusak jaringan
5
4/7/2014
Energi Absorbsi Penyerapan energi ke dalam materi yang disinari. Berdasarkan energi radiasi yang diserap, absorbsi dibagi dalam 3 proses yaitu : Efek fotolistrik → energi radiasi diserap dan digunakan untuk melepas elektron
dari ikatan inti pada kulit bagian dalam. Elektron yang dikeluarkan disebut foton elektron dan membawa energi kinetik sebesar E h f o Ei E i Energi ikatan elektron pada lintasan Efek kompton → energi radiasi yang terserap hanya sebagian untuk foton
elektron, sisa energi terpancar sebagai “ scattered radiation” dengan energi yang lebih rendah dari semula. Terjadi pada elektron bebas atau yang berada pada kulit terluar. Pembentukan sepasang elektron → proses pembentukan positron dan
elektron terjadi dengan energi radiasi yang sangat tinggi.
Ionisasi dan Jenis Radiasi Ionisasi → peristiwa pembentukan ion positif atau ion negatif
menyebabkan kelainan atau kerusakan pada sel tubuh.
Ionisasi di udara dapat digunakan sebagai dasar sistem pengukuran
dosis radiasi. Jenis radiasi berdasarkan ada tidaknya ionisasi: Radiasi yang tdk menimbulkan ionisasi: sinar ungu, sinar infra merah, gelombang ultrasonik. Radiasi yang menimbulkan ionisasi: sinar alfa, sinar beta, sinar gamma, sinar X dan proton. Energi radiasi E(erg) = h x f h = konstanta Planck = 6,62 x 10-27 erg detik f = frekuensi radiasi f
C
C kecepatan GEM 3 x 1010 cm/detik
panjang gelombang
6
4/7/2014
Radiasi
Radiasi → energi yang
dipancarkan dalam bentuk partikel atau gelombang. Radiasi pengion → jika menumbuk sesuatu menghasilkan ion (ionisasi) = radiasi nuklir.
7
4/7/2014
Sumber : http://www.batan.go.id/pusdiklat/elearning/proteksiradiasi/ pengenalan_radiasi/1-1.htm
Sumber Radiasi Radionuklida alami Primordial : sudah ada secara alami, memiliki umur paro
panjang. Kosmogenik : hasil interaksi sinar kosmik, waktu paro pendek. Radionuklida buatan manusia
8
4/7/2014
Tabel Radionuklida Primordial Nuklida Lamba Umur-paro Keterangan ng 235U 7,04x108 tahun 0,72% dari uranium alam Uranium 235 238U 4,47x109 tahun 99,2745% dari uranium alam; pada batuan terdapat 0,5 - 4,7 Uranium 238 ppm uranium alam 232Th
1,41x1010 tahu Pada batuan terdapat 1,6 - 20 ppm. n 226Ra 1,60x103 tahun Terdapat di batu kapur
Thorium 232 Radium 226 Radon 222
222Rn
Kalium 40
40K
3,82 hari
Gas mulia
1,28x109 tahun Terdapat di tanah
Tabel Radionuklida Kosmogenik Nuklida
Lambang
Umur-paro
Sumber
Karbon 14
14C
5.730 tahun
Interaksi 14N(n,p)14C
Tritium 3
3H
12,3 tahun
Interaksi 6Li(n,a)3H
Berilium 7
7Be
53,28 hari
Interaksi sinar kosmik dengan unsur N dan O
9
4/7/2014
Tabel Radionuklida Buatan Manusia Nuklida
Lambang
Tritium 3
3H
Iodium 131
131I
Iodium 129
129I
Cesium 137
137Cs
Umur-paro
Sumber
Technesium 99m Technesium 99
99mTc 99Tc
Dihasilkan dari uji-coba senjata nuklir, reaktor nuklir, dan fasilitas olah-ulang bahan bakar nuklir. 8,04 hari Produk fisi yang dihasilkan dari uji-coba senjata nuklir, reaktor nuklir. 131I sering digunakan untuk mengobati penyakit yang berkaitan dengan kelenjar thyroid. 1,57x107 tahun Produk fisi yang dihasilkan dari uji-coba senjata nuklir dan reaktor nuklir. 30,17 tahun Produk fisi yang dihasilkan dari uji-coba senjata nuklir dan reaktor nuklir. 28,78 tahun Produk fisi yang dihasilkan dari uji-coba senjata nuklir dan reaktor nuklir. 6,03 jam Produk peluruhan dari 99Mo, digunakan dalam diagnosis kedokteran. 2,11x105 tahun Produk peluruhan 99mTc.
Plutonium 239
239Pu
2,41x104 tahun Dihasilkan akibat 238U ditembaki neutron.
Stronsium 90
90Sr
12,3 tahun
Alat Pendeteksi Radiasi Radiasi dideteksi menggunakan monitor radiasi: film fotografi,
tabung Geiger-Muller, Pencacah sintilasi, bahan termoluminesensi dan dioda silikon. dosimeter perorangan untuk mengetahui dosis radiasi Survaimeter untuk mengukur kecepatan radiasi. Pengukuran dosis berdasarkan: kehitaman film dosimeter film) atau jumah cahaya yang dihasilkan melalui poses pemanasan (Thermo Luminescence Dosimeter)
10
