RADIOAKTIF Oleh Arif Yachya, M.Si
Sub bab : Radioaktivitas Tipe Radiasi Peluruhan Radioaktif Efek negatif & positif Radiasi
I. Radioaktivitas • • •
• • •
Atom-atom dengan nomor atom sama & nomor massa berbeda Isotop Isotop suatu unsur berjumlah sampai 20 Bila jumlah proton & Nneutron sama isotop stabil
A
Nomor massa (A) = n P + n N
Z
Nomor atom (Z) Menunjukkan
n P atau n e-
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 negatron
positron Lambang partikel "beta" digunakan untuk positron (ß-+), atau negatron (ß- ), 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 Radiasi suatu emisi (pancaran) dan perambatan energi melalui materi atau ruang dalam bentuk gelombang elektromagnetik dan atau partikel • Peluruhan radioaktif memancarkan partikel alfa (42α ) , beta, sinar gamma (γ ray), atau sinar x
• Seringkali radioisotop hasil rekayasa manusia
• 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
II. Tipe Radiasi
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 mendorong/mengeluarkan elektron dari orbit
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. 2. 3. 4. 5.
partikel Alfa (42α ) partikel Beta : negatron (ß- ), dan positron (ß-+), Sinar Gamma ( γ ) Sinar X-Rays Daya tembus : alfa < beta < gamma Neutron
Tipe dan Karakteristik Radiasi terionisasi Partikel alfa : 2 neutron & 2 proton (42α ) 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 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 gamma bukanlah partikel sehingga tidak memiliki nomor atom (A=0) maka dalam peluruhan sinar-γ tidak dihasilkan inti atom baru Contoh
60m 27Co
27Co60 +
Sinar X (foton): dipancarkan ketika terjadi perpindahan atau penyusunan ulang elektron di dalam orbital 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) Neutron dipancarkan pada nuklida yang memiliki kelebihan neutron relatif terhadap inti yang stabil. Contoh: 87 86 + n1 36Kr 36Kr 0
Foton
Foton yang dipancarkan dalam berkas koheren laser
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
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)
Radiasi Matahari di bumi
Sumber Radiasi non-terionisasi Cahaya nampak microwave Radio Monitor / TV Sinar inframerah untuk terapi kesehatan Lasers
Sumber radiasi dari alam
Sumber radiasi dari aktivitas/benda buatan manusia
III. Peluruhan Radioaktif
Peluruhan Radioaktif Peluruhan inti tidak stabil terjadi secara acak Laju peluruhan sejumlah inti sebanding dengan jumlah inti
N = Ni e-kt 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)
t½
=
Ln2 0,6931 ------ = ----------k k
N 1 ------ = ------Ni 2
t / t1/2
Waktu paruh waktu yang diperlukan inti dalam sampel untuk meluruh menjadi setengah dari jumlah asalnya Waktu paruh bervariatif 10-21 detik sampai 1024 tahun
Aktivitas radioaktif adalah laju pelepasan/peluruhan inti persatuan waktu Laju peluruhan (cacah peluruhan per satuan waktu) unsur radioaktif konstan dN Aktivitas (A) = -- ------ = kN = Ai dt
e-kt
Bila A dan k diketahui, maka jumlah inti N pada waktu tertentu dapat dihitung A A. t1/2 A. t1/2 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 Jadi berkurang sebanyak 35 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
X = 10 hari
IV. Efek negatif & positif Radiasi
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
• 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 •
•
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
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
Tugas terjemahan ditulis tangan
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%
Tugas terjemahan ditulis tangan
Sensitivitas Sel •
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
Tugas terjemahan ditulis tangan
Efek Radiasi pada Gen • 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
Tugas terjemahan ditulis tangan
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
Tugas terjemahan ditulis tangan
Kerusakan kromosom Pembentukan cincin dan fragmen diikuti oleh replikasi kromosom.
Tugas terjemahan ditulis tangan
Chromosome Damage Pertukaran antara dua kromosom membentuk kromosom dengan dua sentromer dan fragmen, diikuti oleh replikasi.
Tugas terjemahan ditulis tangan
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 • Bidang industri • Hidrologi • Biologis
; diagnosa ; pelumas/oli ; kecepatan arus,kebocoran pipa ; 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
Perunut (tracer) Radioaktif • 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.
2.
Sebuah contoh perkakas kayu menunjukkan aktivitas spesifik 14C sebesar 0,195 Bq/g. Perkirakan umur perkakas tersebut bila diketahui aktivitas spesifik awal 0,255 Bq/g ? Peluruhan beta dari 40K yang merupakan bagian alami dari tubuhmembuat semua manusia sedikit radioaktif. Manusia dewasa yang bobotnya 70 kg mengandung 170 g kalium. Kelimpahan alami relatif 40K 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 40K tubuhnya sendiri. catatan: untuk menjawab No 2a. Harus dicari jumlah partikel atom 40K. Jumlah partikel = mol x bil avogadro = (gram/AR) x bil avogadro
