MATERI APLIKASI TEKNOLOG NUKLIR FISIKA INTI TINJAUAN UMUM PLTN PRINSIP KERJA REAKTOR NUKLIR BAGIAN2 REAKTOR NUKLIR KONSEP KESELAMATAN NUKLIR TEKNIK GAUGING LOGGING PERUNUT POLIMERISASI STERILISASI PENGAWETAN RADIOMETRIK
MATERI • tersusun dari molekul yang terdiri atas beberapa atom ATOM • bagian terkecil dari suatu materi yang masih memiliki sifat dasar materi tersebut • mempunyai ukuran ± 10-10m ( 1 Angstrom)
atom = unsur
Materi: Air
Molekul : H2O
Atom: O & H
PARTIKEL DASAR SUB ATOM Elektron
Atom
Proton Netron
masa sangat ringan, bermuatan listrik negatip masa lebih berat dari elektron, bermuatan listrik positip masa sedikit lebih berat dari proton, tidak bermuatan listrik
10-10 m = 1 A
MODEL ATOM BOHR
Elektron Inti Atom (proton + Netron)
10-14 m
Lintasan Elektron
Elektron Inti Atom
IDENTIFIKASI UNSUR
Jenis unsur ditentukan oleh jumlah proton yang ada di dalam inti atom. Misal, Semua atom yang mengandung 27 proton adalah atom dari unsur Cobalt Semua atom yang mengandung 77 proton adalah atom dari unsur Iridium
IDENTIFIKASI INTI ATOM • Nuklida = Jenis Inti Atom • Penulisan A atau X-A X Z
A: Nomor massa = Jumlah proton + neutron Z: Nomor atom = Jumlah proton Contoh Atom cobalt------ lambang 27Co59 Jumlah proton = jumlah elektron = 27 Jumlah netron = 59 - 27 = 32
Istilah lain dari inti atom Nuklida, istilah untuk menyatakan jenis inti atom suatu unsur Unsur yang sama dapat memiliki nuklida yang berbeda Contoh Unsur Irridium (Ir) dapat berupa nuklida 77Ir191 dan 77Ir192
Istilah dalam penamaan nuklida
Isotop
• nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah proton (Z) sama, tetapi jumlah netron (A) berbeda • Contoh : • Cobalt-59 (27Co59) dan Cobalt-60 (27Co60) adalah isotop dari unsur Cobalt • 1H1, 1H2, 1H3
Istilah dalam penamaan nuklida
Isobar
• nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah jumlah proton + netron (Z) – NO MASSA - sama tetapi jumlah proton – NO ATOMberbeda • Contoh 14Si31, 15P31, 16S31
Istilah dalam penamaan nuklida
Isoton Isomer
• nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah netron (A) sama, tetapi jumlah proton (Z) – NO ATOM- berbeda • Contoh : 12Mg26, 13Al27, 14Si28
• nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah proton (Z) dan jumlah netron (A) sama tetapi mempunyai tingkat energi berbeda • Contoh : 28Ni60dan 28Ni60*
Pengertian: pancaran dan perambatan energi melalui materi atau ruang dalam bentuk gelombang elektro magnetik atau Partikel
Klasifikasi: Radiasi pengion : mampu menngionisasi materi yang dilaluinya Contoh: Radiasi Sinar-X Radiasi bukan pengion: tidak menyebabkan terjadinya ionisaso pada materi yang dilaluinya Contoh: Radiasi panas
Radiasi gelombang Electromagnetik Diantara radiasi gelombang EM, sinar gamma dan sinar X memiliki energi yang besar sehingga mampu mengionisasi media yang dilalui, disebut radiasi pengion
Radiasi bukan Pengion
Radiasi Pengion
Radiasi Nuklir ??? Radiasi yang berasal dari suatu proses fisika di dalam atom
alpha (), beta () atau gamma ()
nuklida tidak stabil (radionuklida)
Nuklida Stabil
N
ATOM STABIL DAN TIDAK STABIL
Atom Tidak Stabil
Atom Stabil
Setiap lintasan yang lebih dalam terisi penuh dengan elektron sesuai dengan kapasitasnya
Ada lintasan yang lebih dalam yang tidak terisi penuh dengan elektron sesuai dengan kapasitasnya
Energi Eksternal
TRANSISI ELEKTRON Sinar-X karakterist ik
TYN.RL2.DFR.120
Dasar Fisika Radiasi
27
BATAN
TYN.RL2.DFR.120
Dasar Fisika Radiasi
28
BATAN
alpha Partikel
Radiasi Pengion
netron
Gelombang Elektromagne tik TYN.RL2.DFR.120
beta
Sinar-X Sinar gamma Dasar Fisika Radiasi
29
PENGERTIAN DASAR
ATOM : Bagian terkecil dari suatu zat yang masih memiliki sifat zat tersebut Inti Atom : Proton : 1,007287 sma ( + ) Neutron : 1,008665 sma ( 0 ) 1 sma : 1/12 massa Carbon = 1,66 x 10-27 kg Elektron (-) : 0,000549 sma mengelilingi inti atom
RADIASI Pancaran energi melalui materi atau ruang dalam bentuk gelombang elektromagnetik atau partikel.
SIFAT
Tak dapat dideteksi oleh indera manusia Dapat berinteraksi dengan bahan/materi
JENIS RADIASI Pengion (Alpha, Beta, Neutron, Sinar Gamma, Sinar-X)
Non Pengion (ultra violet, gelombang mikro, gelombang radio dan radar)
elektron
neutron
proton
SUMBER RADIASI 1. SUMBER RADIASI ALAM
Sinar Kosmik (Benda Langit) Batuan (U238, C14 dan K40) Dalam Tubuh (C14 dan K40)
2. SUMBER RADIASI BUATAN
Zat Radioaktif Buatan (Co60, Cs137, I131, Ir192, Cr51, P32, dll)
Mesin Sumber Radiasi (Mesin Sinar-X, Akselerator, Reaktor Nuklir, Iradiator)
Kontributor Radiasi Terhadap Manusia Pertahun RADIASI ALAM
DALAM TUBUH
0,05 mSv
0,50 mSv SINAR KOSMIK MATAHARI
RADIASI BUATAN
KOMPUTER/TV
25 mRem 2 mRem
5-15mRem
ARLOJI
BATUAN 40 mRem 50 mRem
DIAGNOSTIK SINAR X
BAHAN BANGUNAN
5 mRem PESAWAT TERBANG
10 mRem
3mRem
MAKANAN DAN MINUMAN
PLTN
1Sv=1 Rem
30
KOMPOSISI RADIASI ALAM DAN BUATAN
LAIN 1%
MEDIK 29% ALAM 70%
ENERGI : EINSTEIN : kesetaraan massa energi: E = mc 2 e = energi dalam joule (kg m2 /s2 ) m = massa benda dalam kg c = kecepatan cahaya = 3 x 10 8 m/detik Didapat perhitungan akhir 1 kg = 9 x 1016 j dan 1 sma = 1,5 x 10-12 j karena 1 ev = 1,602 x 10-19 j, maka 1 sma = 931 Mev
RADIASI ELEKTROMAGNETIK Bersifat
Diskrit dengan Energi : E = h = h C/ (h = Planck, = panjang gelombang) Tidak dapat dilhat (Sinar , Sinar -X) MODEL ATOM BOHR Transisi Elektron dari Kulit : E = h = Ei - Ef Pemancaran Energi i > f Penyerapan Energi i < f Sinar-X Karakteristik IONISASI Lepasnya Elektron dari atom (ikatan elektron didalam atom relatif lemah) mebentuk Ion (+) dan Ion (–)
RADIOAKTIVITAS DAN RADIASI N (Neutron) STABILITAS N=Z (1) (2)
Z (Proton)
Peluruhan alpha
Kurva stabilitas Peluruhan beta negatif Neutron (N) N berkurang 1 Z bertambah 1
N berkurang 2 Z berkurang 2 Peluruhan beta positif Z berkurang 1 N bertambah 1
Proton (Z)
JENIS PELURUHAN DI ATAS KURVA STABIL Peluruhan Beta Negatif - N berkurang 1 proton bertambah 1 DI BAWAH KURVA STABIL Peluruhan Beta Positif - Z berkurang 1 N bertambah 1 Peluruhan Alpha - Z berkurang 2 N berkurang 2
KESTABILAN INTI
¼ isotop stabil
2/22/2017
PANDANGAN FISIKA KLASIK
Jika inti atom mengalami peluruhan alfa atau beta, maka nomor atom Z berubah dan inti berubah menjadi inti baru. Hal ini berarti bahwa unsur tidak tetap. Energi yang dihasilkan pada peluruhan radioaktif berasal dari inti individu tanpa eksitasi internal, berbeda dengan radiasi atomik. Gejala peluruhan radioaktif merupakan kejadian statistik, yang memenuhi teori kemungkinan (peluang/probabilitas). 40
RADIOAKTIVITAS
2/22/2017
Fenomena radioaktivitas pertama kali dikemukan oleh Henry Becquerel (1896), yang diawali oleh ide Roentgen (1895), yang berhasil mendeteksi sinar-X dengan fluorisensi. Penemuan radioaktivitas selanjutnya oleh Pierre dan Marie Curie pada saat mengekstraksi Uranium dari bahan tambang, yaitu Polonium dan Radium. Radioaktivitas merupakan proses pemancaran spontan partikel radiasi (spontaneous emission of radiation )
Berdasarkan eksperimen diperoleh kesimpulan bahwa radioaktivitas merupakan hasil peluruhan (decay) atau disintegrasi dari inti-inti tak stabil (unstable nuclei).
41
2/22/2017
TIPE-TIPE RADIASI Rutherford dan rekan-rekannya berhasil membedakan tiga jenis radiasi yang dipancarkan oleh nuklida, yaitu :
Alpha particles Partikel Alfa merupakan inti Helium ( 4He ) Beta particles The particles berupa elektron (-) atau positron (+)
Positron merupakan antipartikel dari elektron Positron serupa dengan elektron, tetapi bermuatan +e
Gamma rays Sinar gamma merupakan foton berenergi tinggi 42
NUCLEAR STABILITY
Proton unstable Stable nuclei
Neutron unstable 43
2/22/2017
2/22/2017
Nuklida Stabil
Semua Nuklida yang dikenal
44
PELURUHAN RADIOAKTIF
Berdasarkan hasil eksperimen peluruhan radioaktif mengikuti hukum eksponensial. Peluruhan merupakan kejadian/peristiwa statistik murni. Hal ini berarti kita tidak dapat memprediksi atom mana yang akan meluruh pada detik berikutnya. Atom yang ada mempunyai probabilitas akan meluruh pada detik berikutnya sebesar . Asumsi dasar pada teori statistik bahwa probabilitas peluruhan tidak bergantung pada waktu dan jumlah inti/atom yang masih ada. Pada selang waktu dt, probabilitas peluruhan sebuah atom sebesar dt. Jumlah partikel radiaoktif yang meluruh dalam selang waktu tertentu sebanding dengan jumlah total partikel dalam sampel bahan radioaktif tersebut :
dN dt N
45
λ disebut kontanta peluruhan (decay constant/disintegration) dan menentukan kecepatan material tersebut meluruh. Tanda minus berarti bahwa N berkurang terhadap waktu. 2/22/2017
2/22/2017
KURVA/GRAFIK PELURUHAN
Integral persamaan di atas tersebut menghasilkan :
N N 0e
t
Waktu paro (half-life) didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan untuk meluruh separoh dari atom yang ada :
T1 2
ln 2 0.693
46
AKTIVITAS
Laju peluruhan atau aktivitas, A, dari sampel radioaktif didefinisikan sebagai jumlah peluruhan per detik, yaitu :
dN Aktivitas A N o e t N dt
At Ao e t
Umur rata-rata (Average/Mean Life)
Bentuk eksponensial peluruhan radioaktif mengindikasikan bahwa semua atom akan meluruh secara sempurna dalam waktu tak berhingga. Oleh karena itu tiap atom individual mungkin mempunyai umur dari nol sampai dengan tak berhingga. Berdasarkan fenomena statistik alamiah ini didefiniskan kuantitas umur rerata (average atau mean life, ).
47
2/22/2017
UMUR RATA-RATA
Umur rata-rata didefinisikan sebagai :
t1 dN1 t 2 dN 2 t 3 dN 3 .... dN1 dN 2 dN 3 .....
Dalam bentuk integral, dituliskan sebagai : No
t
No
dN
0 No
dN 0
0
48
t N o e t dt
N0
t e 0
t
dt
1
2/22/2017
t dN 0
N0
SOAL
Jika mula-mula terdapat 0,5 gram zat radioaktif murni, dan 12 jam kemudian masih tersisa 0,125 gram zat yang masih radioaktif, berapakah!
49
Waktu paro (T1/2) unsur radioaktif tersebut Konstanta peluruhan () Aktivitas, mula-mula dan aktivitas pada t = 12 jam Umur rata-rata Jumlah atom/inti yang masih radioaktif, setelah 12 jam meluruh, diketahui MR = 235 dan NA= 6,02 x 1023 atom/mol 2/22/2017
SATUAN PELURUHAN
Satuan aktivitas radioaktif, A, adalah Curie, Ci 1
Ci = 3.7 x 1010 peluruhan/sekon
Satuan Internasional (SI) aktivitas adalah Becquerel, Bq 1
Bq = 1 peluruhan/ sekon
Jadi,
1 Ci = 3.7 x 1010 Bq
Satuan aktivitas yang secara umum sering digunakan mCi dan µCi 50
2/22/2017
2/22/2017
ATURAN UMUM PROSES PELURUHAN
Proses perubahan suatu unsur menjadi unsur lain, dinamakan peluruhan spontan (spontaneous decay) atau transmutasi (transmutation) Nomor massa unsur, A, kedua ruas persamaan harus sama. Nomor atom unsur, Z, kedua ruas persamaan juga harus sama Harus dipenuhi Hukum Kekekalan Massa-Energi dan kekekalan Momentum. 51
PELURUHAN ALPHA
Jika sebuah atom/inti memancarkan partikel alfa (alpha particle), maka akan kehilangan dua proton dan dua buah neutron N turun/berkurang 2 Z turun/berkurang 2 A turun/berkurang 4
Skema Peluruhan Alfa : A Z
X
A 4 Z 2
Y He
X dinamakan inti induk (parent nucleus) Y dinamakan inti anak (daughter nucleus)
52
2/22/2017
4 2
2/22/2017
PELURUHAN ALPHA (ALPHA DECAY)
Peluruhan
226 88
Ra
226Ra
222 86
Rn He 4 2
Umur paroh peluruhan ini adalah 1600 tahun. Sisa mass berubah menjadi energi kinetik Momentum dari kedua partikel sama dan geraknya berlawanan arah.
53
BETA DECAY Pada peluruhan beta, inti anak (daughter nucleus) mempunyai jumlah nukleon yang sama dengan inti induk (parent), tetapi nomor atomnya berbeda satu. Pemancaran (emisi) elektron tersebut berasal dari inti Proses ini terjadi apabila neutron berubah menjadi proton dan elektron Harus dipenuhi Hukum Kekekalan Energi
54
2/22/2017
2/22/2017
PELURUHAN BETA – ENERGY ELECTRON
Energy yang dibebaskan pada peluruhan beta hampir semuanya menjadi energi kinetik elektron Hasil Ekperimen menunjukkan bahwa beberapa elektron energi sebesar energi kinetik tersebut Untuk menghitung kehilangan energi “missing energy”, pada 1930 Pauli, mengajukan keberadaan partikel lain. Enrico Fermi menamakan partikel ini partikel neutrino Sifat-sifat neutrino :
Tidak bermuatan listrik Massa lebih kecil dari elektron, tetapi tidak mungkin nol Mempunyai Spin = ½ Interaksinya dengan materi sangat lemah 55
BETA DECAY
Skema Peluruhan Beta A Z
XZA1Y e X Y simbol e dari neutrino
A A Z Z 1 merupakan
merupakan simbol dari antineutrino
Dapat disimpulkan bahwa pada peluruhan beta dipancarkan pasangan partikel, yaitu : Elektron
dan antineutrino Positron dan neutrino
56
2/22/2017
PELURUHAN GAMMA (GAMMA DECAY)
Sinar Gamma (Gamma rays) dipancarkan oleh inti yang tereksitasi dan kembali lagi ke tingkat energi yang lebih rendah (lower energy state)
Serupa dengan proses elektron yang berpindah “jumps” ke tingkat energi rendah dan memancarkan photon
Keadaan inti yang tereksitasi dihasilkan oleh lompatan “jumps” baik proton maupun neutron Tingkat energi inti tereksitasi dapat disebabkan oleh tumbukan seperti pada pemancaran partikel alpha atau beta Contoh peluruhan beurutan (decay sequence)
57
Tahap pertama pemancaran beta (beta emission) Tahap kedua pemancaran gamma (gamma emission) 12 5
B126 C * e
12 6
C*126 C
C* adalah inti Carbon dalam keadaan tereksitasi Emisi Gamma, tidak merubah baik A maupun Z 2/22/2017
REAKSI INTI (NUCLEAR REACTIONS)
Struktur inti dapat diubah dengan menembak (bombarding) inti partikel energetik (energetic particles) Perubahan ini disebut nuclear reactions Sebagaimana pada peluruhan inti, nomor atom dan nomor massa pada kedua ruas persamaan harus setimbang
58
2/22/2017
HARGA Q ( Q VALUES) Energy must also be conserved in nuclear reactions The energy required to balance a nuclear reaction is called the Q value of the reaction
An exothermic reaction There
is a mass “loss” in the reaction There is a release of energy Q is positive
An endothermic reaction There
is a “gain” of mass in the reaction Energy is needed, in the form of kinetic energy of the incoming particles Q is negative
59
2/22/2017
REAKSI INTI Tentukan hasil/produk dari reaksi inti :
7 3
Li He ? n 4 2
Tentukan harga Q reaksi inti tersebut !
60
2/22/2017
Penyelesaian : 7 3
Diketahui :
Li He ? n 4 2
X Y
Agar supaya reaksi setimbang, jumlah total nukleon (A) pada kedua ruas sama. Jumlah proton Z juga harus sama.
Reaksi inti
Jumlah nukleon (A): 7 4 X 1 X 10 Jumlah proton (Z): 3 2 Y 0 Y 5 Maka, diperoleh inti B (Boron), sehingga reaksi menja 7 4 10 1 Li He B 3 2 5 0n
Tentukan :
Maka harga Q reaksi adalah :
Q=?
Q m c 2 m 7 Li m 4 He m10 B mn c 2 2.79MeV
61
2/22/2017
ENERGI AMBANG (THRESHOLD ENERGY)
Agar supaya memenuhi kekekalan momentum dan energi, partikel yang datang harus mempunyai energi kinetik minimal, yang disebut energi ambang (threshold energy)
KEmin
m 1 Q M
m, massa partikel yang datang M ,massa partikel target
Apabila energi ambang lebih kecil dari energi ambang, maka reaksi inti tidak dapat terjadi
62
2/22/2017
Reaktor daya fisi membangkitkan panas melalui reaksi fisi nuklir dari isotop fissil uranium dan plutonium. Reaktor thermal menggunakan moderator neutron untuk melambatkan atau me-moderate neutron sehingga mereka dapat menghasilkan reaksi fissi selanjutnya. Neutron yang dihasilkan dari reaksi fissi mempunyai energi yang tinggi atau dalam keadaan cepat, dan harus diturunkan energinya atau dilambatkan (dibuat thermal) oleh moderator sehingga dapat menjamin kelangsungan reaksi berantai. Hal ini berkaitan dengan jenis bahan bakar yang digunakan reaktor thermal yang lebih memilih neutron lambat ketimbang neutron cepat untuk melakukan reaksi fissi. 63
2/22/2017
Partikel Alfa (α) adalah bentuk radiasi partikel yang dapat menyebabkan ionisasi dan daya tembusnya rendah. Partikel tersebut terdiri dari dua proton dan dua netron yang terikat menjadi sebuah partikel yang identik dengan inti Helium (2He4).
Kestabilan inti tercapai jika : Z < 20; atau 20 Z <83 tetapi n/p > 1 Jika salah satu tidak terpenuhi, maka untuk mencapai kestabilannya inti akan meluruh memancarkan radiasi [, , , n atau X ] Zat yang memancarkan radiasi zat radioaktif
HUKUM PELURUHAN BERSIFAT STATISTIK : Tidak diketahui dari nuklida yang mana Peluruhan dalam waktu dt adalah = - dt A(t) = dN/dt = N(t) = No e- t = Ao e- t At = Ao e- t = Konstanta Peluruhan Apabila t = T1/2 maka At = (1/2)n . Ao
AKTIVITAS JENIS (Ci /gr atau Bq/gr ) = A SP A SP = N = 0,693 / T ½ X 1 gr / A X NA N = Jumlah Atom dalam 1 gram unsur A = Nomor massa NA = Bilangan Avogadro
JENIS RADIASI 1. Alpha (+) : 2He4 2. Beta (+) : 1e0 3. Beta (-) : -1e0 4. Neutron ( ) : 0n1 5. Gamma ( ) :
A X Z A X Z A X Z A X Z A X Z
A-4 + Y Z-2 A + + Y Z-1 A + Y Z+1 A+1 + n Y Z A+ X Z
ISO… ZXA Isotop : Z sama; A berbeda; sifat kimia sama 63 dan 65 Cu Cu 29 29 Isoton : Z berbeda; neutron sama 26, 27 dan 28 Mg Al Si 12 13 14 Isobar : A sama; Z berbeda 31, 31 dan 31 Si P S 14 15 16
SIFAT – SIFAT RADIASI ALFA
BERMUATAN BESAR (+2e) DIBELOKKAN MEDAN LISTRIK DAN MAGNET MENGIONKAN ZAT YANG DILALUINYA DAYA IONISASI SANGAT BESAR JARAK JANGKAU KECIL 3,4 – 8,6 cm MUDAH DIHAMBAT : CUKUP DENGAN SELEMBAR KERTAS BERKECEPATAN 1/100 – 1/10 C (KEC.CAHAYA)
SIFAT – SIFAT RADIASI BETA 2 JENIS : - (Elektron) dan + (Positron) (MASSA SAMA BERMUATAN BERBEDA) DAYA IONISASINYA 1/100 DIBELOKKAN MEDAN LISTRIK & MAGNET MUDAH DIHAMBUR DALAM MEDIUM BERKECEPATAN 1/100 – 99/100 C
SIFAT – SIFAT RADIASI GAMMA TIDAK BERMASSA DAN TIDAK BERMUATAN TIDAK DIBELOKKAN MEDAN LISTRIK DAN MAGNET BERENERGI TINGGI ( >ENERGI SINAR-X ) DAYA TEMBUS SANGAT BESAR DAYA IONISASI KECIL
SIFAT – SIFAT RADIASI NEUTRON Tidak Bermuatan Tidak Dibelokkan Medan Listrik Dan Magnet Daya Tembus Bergantung Pada Energi Laju (Energinya) Diturunkan Jika Bertumbukan Dengan Atom Seukuran, Mis. Hidrogen Yang Terdapat Dalam Air Atau Polimer Pada Energi Tinggi Tertentu, Dapat Mengubah Zat Yang Dilaluinya Menjadi Zat Radioaktif
SIFAT RADIASI Radiasi
Proses
Catatan
Alpha
Tumbukan In-Elastik Dengan Kumpulan Elektron
Eksitasi Dan Ionisasi
Eksitasi Dan Ionisasi
Beta
Tumbukan In-Elastik Dengan Elektron Perlambatan Karena Medan Inti
1.
Foto Listrik
2. 3.
Efek Compton Produksi Pasangan
Photon Di Serap Semuanya Sebagian Diserap Sebagian Diserap
Gamma
Netron
Pantulan Elastik Pantulan In-Elastik Proses Penangkapan / Transmutasi
Bremstrahlung
---
SIFAT RADIASI BERDASARKAN DAYA TEMBUS/JANGKAU Massa
Muatan
Daya Jangkau Udara
4
+2
0 – 0,1 m
0,4 mm
Beta
1/1840
-1 / +1
3m
5 mm
X/
0
0
Jauh
Menembus
Ncepat
1
0
Jauh
Menembus
Nlambat
1
0
jauh
0,15 m
Radiasi Alpha
Daya Jangkau Tubuh
DAYA TEMBUS / IONISASI
/x n DAYA TEMBUS DAYA IONISASI
Interaksi Sinar X / dengan Materi Energi Radiasi Kerapatan Elektron / Jumlah Atom (Z) Ek photon
e-
EFEK YANG TERJADI 1. Efek Fotolistrik : 0,1 Mev < E Photon 0,5 Mev Eksitasi Elektron (E) = Ek’ = Ek - Kulit Terluar - Kulit Didalamnya : Sinar-X Karakteristik / Fluoresen 2. Efek Compton : 0,5 Mev < E Photon 1,02 Mev Eksitasi Elektron (E) + Ek’ = Ek 3. Efek Produksi Pasangan : E Photon > 1,02 Mev Elektron + Positron = Anihilasi ()
Radiasi Gamma/Sinar X Medium Udara masa dM
Pengertian Dasar • Definisi Kemampuan radiasi foton (sinar x atau gamma) untuk menimbulkan ionisasi di udara dalam volume tertentu
x
dQ
dQ = Jumlah pasangan ion yang
dm
dm = Massa udara dalam volume
terbentuk di udara tertentu (NTP)
Hanya berlaku untuk sinar X/gamma dan medium udara
• Satuan paparan: SI : Coulomb/kilogram Pengertian : 1C/kg adalah besarnya paparan yang dapat menyebabkan terbentuknya listrik sebesar satu coulomb di dalam udara normal (NTP) dengan massa 1 kg Satuan lama : Rontgen (R) 1R = 1 esu/gram = 2,58 x 10-4 C/kg
menyerap energi
Semua jenis radiasi
Semua jenis medium massa dm
DOSIS SERAP =
Definisi
1. Pengertian Dasar
Energi rerata yang diserap bahan per satuan massa bahan
dE D dm
dE = Energi yang diserap oleh bahan dm = Massa bahan
Berlaku untuk semua jenis radiasi dan semua jenis bahan
Satuan dosis serap:
Satuan SI : Gray
Pengertian : 1 gray = energi rerata sebesar 1 joule yang diserap oleh bahan dengan massa sebesar 1 kg 1 Gray = 1 Joule/kg bahan Satuan lama : Rad 1Rad = 100 erg/gram = 100-1 Gray 1 erg = 10−7J= 100 nJ
Ergon: usaha
kulit
Wr () kulit
Wr ()
efek yang timbul berbeda
kulit
Wr () kulit
Wr (x)
berbeda
Semua jenis radiasi Satu jenis organ/jaringan
1. Pengertian Dasar • Definisi Dosis ekivalen adalah besar dosis serap dikalikan dengan faktor bobot radiasi.
H D wR • Satuan dosis ekivalen Satuan SI : Sivert (Sv) Satuan lama : Rem
H = dosis ekivalen D = dosis serap Wr = faktor bobot radiasi
1 Sivert - 100 rem
WT paru-paru
Efek pada setiap organ/jaringan BERBEDA
WT kulit
Jenis radiasi yang sama (Dosis Ekivalen Sama)
WT usus
Beberapa/semua organ/jaringan
WT
berbeda
1. Pengertian Dasar • Definisi Dosis efektif adalah dosis ekivalen (H) dikalikan dengan faktor bobot organ/jaringan (WT). atau dosis serap (D) dikalikan dengan faktor bobot radiasi (WR) dan faktor organ/jaringan (WT).
ET H WT
D WR WT
Satuan Sistem SI : Sievert Satuan lama : Rem
Curie ke Becquerel
Becquerel ke Curie
1
μCi = 37 KBq
1
1
mCi = 37 MBq
1 KBq = 27 x 10-3 Ci
1
Ci = 37 GBq
1 MBq = 2,7 x 10-5 Ci = 27 μCi
103 μCi = 37 TBq
1 GBq = 2,7 x 10-2 Ci = 27 mCi
Bq = 27 x 10-11 Ci
1 TBq = 27 x 10
Ci = 27
Ci
SURAT KEPUTUSAN KEPALA BAPETEN NO. 1/KA.BAPETEN/99 No. 4/2013
1. membatasi peluang terjadinya akibat stokastik 2. mencegah terjadinya akibat non stokastik (deterministik)
1. Justifikasi : manfaat > risiko 2. Limitasi
: < NBD (nilai batas dosis)
3. Optimasi
: ALARA
Nilai Batas Dosis (NBD) adalah penerimaan dosis yang tidak boleh dilampaui dalam setahun, tidak bergantung
pada laju dosis, baik dari penyinaran eksterna maupun interna, tetapi tidak termasuk penerimaan dosis dari penyinaran medis dan penyinaran alam
1. Pekerja radiasi seluruh tubuh : 20 mSv (2 rem) 2. Wanita usia subur 13 mSv (1,3 rem) dalam jangka waktu 13 minggu pada abdomen 3. Wanita hamil 10 mSv (1 rem) pada janin terhitung sejak mengandung hingga bayi lahir 4. Penyinaran lokal : rata-rata 500 mSv (50 rem) - lensa mata : 150 mSv (15 rem) - kulit : 500 mSv (50 rem) - tangan, lengan, kaki & tungkai : 500 mSv (50 rem)
5. Penyinaran khusus direncanakan tidak boleh melebihi - dua kali NBD dalam setahun - lima kali NBD untuk seumur hidup 6. Magang dan siswa - > 18 tahun : = NBD pekerja radiasi - 16 - 18 tahun : = 0,3 NBD pekerja radiasi - < 16 tahun : = 0,1 NBD masyarakat umum/th, 0,01 NBD masyarakat umum 7. Masyarakat umum seluruh tubuh, penyinaran lokal, lensa mata, kulit, tangan, lengan, kaki dan tungkai : 0,1 NBD pekerja radiasi
8. Masyarakat secara keseluruhan Setiap Pemegang Ijin (PI) harus menjamin kontribusi penyinaran yang berasal dari instalasinya kepada masyarakat serendah mungkin, dan dilaporkan pada instansi yang berwenang (BAPETEN)
60 27Co
T½=5,2 26 th β 1 (99%) β2 (1%)
137 Cs 55
T½=30 th β1 2,5057 MeV (95%) γ1 β2 0,6616 MeV (5%) γ1 00137 1,3325 MeV 56Ba
γ2
00 28Ni
60
stabil
PROSES PELURUHAN BERTINGKAT Misalkan N1 adalah inti atom radio aktif dengan tetapan peluruhan 1 meluruh menjadi inti atom baru N2 dengan tetapan peluruhan 2, meluruh lagi menjadi inti atom stabil N3. jika di analogikan dengan sutu generasi maka inti atom ke-1 disebut dengan inti atom induk, generasi ke-2 disebut inti atom anak dan generasi ke-3 inti atom cucu. Seperti di sajikan pada gambar. 1 2, N1
Induk radioaktif
N2
Anak radioaktif
Cucu stabil
N3
Pada saat awal t = 0, N1 = N10, N2 = N3 = 0. Setelah selang waktu dt, maka laju perubahan inti anak,induk dan cucu memenuhi :
B. KESETIMBANGAN RADIO AKTIVITAS
1.
Kesetimbangan Transien (Transient Equilibrium) 1 < 2 : umur rerata unsur induk daripada unsur anak luruh. 2 < 1 : setelah waktu tertentu, unsur anak (daughter) akan meluruh dengan laju peluruhannya sendiri. Berpijak pada persamaan :
2. Kesetimbangan Sekuler/Permanen (Permanent or Secular Equilibrium) Berdasarkan peluruhan berturutan/ bertingkat
1 N2 N10 e 1t e 2t 2 1
Apabila half life (umur paro) unsur induk sangat lama, jika dibandingkan dengan unsur anak luruh, 1 << 2, maka persamaan di atas tereduksi menjadi :
1 N 2 N10 1 e t 2 2
Sebab : 2 - 1 2 , dan e-1t 1 Selanjutnya waktu peluruhan, t sangat lama dibandingkan dengan inti anak, yaitu t >> 1/2,
maka e -2t , dapat diabaikan/dihilangkan Persamaan kesetimbangan sekuler menjadi ; N2
1 N10 1 0 1 N10 2 2
Yang berarti jumlah N2 atau keberadaan inti anak konstan. Unsur anak luruh disebut dalam keadaan “ kesetimbangan permanen/sekuler” dengan unsur induk. Apabila umur paro unsur anak sangat lama, maka jumlahnya hampir konstan, yaitu N10 = N N N1, sehingga : 1 N1 2 N2 atau Kondisi “permanent or secular N1 / N2 2 / 1 1 / 2 equilibrium”menjadi 1
2
1
2
C. DERET RADIOAKTIV
Dalam proses peluruhan radioaktif, nomor massa A inti induk akan berubah dengan 4 satuan (peluruhan alfa) atau A tidak berubah (peluruhan beta). Karena itu nomor massa A dari isotop-isotop anggota peluruhan berantai, pasti meluruh dengan kelipatan 4. Dengan demikian ada empat deret yang mungkin dengan nomor massa A, yang dapat dinyatakan dengan rumus 4n, 4n + 1, 4n + 2, 4n +3, dengan n adalah bilangan bulat. Masing-masing deret radioaktif diberi nama dengan inti induknya. Deret radioaktif 4n + 2 diberi nama deret uranium. Deret radioaktif 4n + 3 diberi nama deret aktinium. Deret 4n diberi nama deret deret Thorium dan deret 4n + 1 diberi nama deret Neptunium.
SOAL Buat grafik peluruhan dari induk :Ba 140 (t1/2 = 12,8 hari, dan anak : La-140 (t11/2: 40 jam) Buat grafik peluruhan untuk induk Cs-137 (t1/2= 30 th) dan anak Ba-137 (t1/2= 2,6 menit)
Seseorang dikatakan menderita sindrom radiasi akut ketika dirinya terpapar radiasi selama beberapa waktu. Bisa saja dalam hitungan menit. Gejala awal dapat dirasakan beberapa menit hingga beberapa hari setelah seseorang terpapar radiasi. Gejala tersebut dapat berupa muntah-muntah, diare, dan mabuk atau pening. Gejala ini dapat berlangsung hingga hitungan hari.
Setelah gejala awal hilang, seseorang kembali bugar. Namun, tak lama kemudian, orang tersebut akan menderita kembali. Bahkan, kali ini lebih parah. Gejalanya dapat berupa kelelahan, demam, kehilangan nafsu makan, muntah, dan diare. Tahap ini dapat berlangsung selama beberapa bulan. Kerusakan pada kulit akibat radiasi dapat timbul dalam hitungan jam. Hal ini dapat bertahan hingga hitungan tahun, tergantung seberapa parah seseorang terpapar radiasi. Gejalanya, kulit terasa perih dan bahkan terasa seperti terbakar.
Rambut pun dapat menjadi rontok akibat radiasi. Terpapar radiasi dapat saja berujung pada kematian, tergantung tingkat keparahannya. Biasanya, pada banyak kasus, kematian terjadi beberapa bulan setelah seseorang terpapar radiasi. Kematian diakibatkan rusaknya tulang sumsum, infeksi, atau pendarahan. Seseorang yang selamat dari sindrom radiasi akut dapat terus merasakan gejala hingga dua tahun setelah terpapar. Perawatan yang dilakukan bagi seseorang yang terpapar radiasi terdiri dari tindak pencegahan dari kontaminasi lebih lanjut, mengurangi gejala sindrom, dan penyembuhan organ yang rusak akibat radiasi.
