RADIOAKTIVITAS
BAGIAN I
Radioaktif : berhubungan dengan pemancaran partikel dari sebuah inti atom. Inti Radioaktif : Unsur inti atom yg mempunyai sifat memancarkan salah satu partikel alfa, beta atau gamma. Radioaktivitas didefinisikan sebagai peluruhan inti atom yang berlangsung secara spontan, tidak terkontrol dan menghasilkan radiasi. Unsur yang memancarkan radiasi seperti ini dinamakan zat radioaktif.
Taken from; google.com
Henri Becquerel (1852-1908) Berawal dari penemuan sinar-X oleh W.C. Röntgen sekitar tahun 1985 Fenomena sinar-X berasal dari fosforensi zat oleh sinar matahari Membungkus suatu pelat fotografi (pelat film) dengan kain hitam Kemudian Ia menyiapkan garam uranium (kalium uranil sulfat), material yang bersifat fosforensis Rencananya Becquerel akan menyinari garam uranium dengan sinar matahari dan meletakkannya dekat pelat film dan mengharapkan terjadinya sinar-X
cuaca mendung menyebabkan Becquerel menyimpan pelat film yang tertutup kain hitam dan garam uranium dalam laci meja di laboratoriummnya Ia sangat terkejut saat mengamati pelat film yang telah dicuci karena pada pelat film tersebut terdapat suatu jejak cahaya berupa garis lurus Dari fenomena yang terjadi berulang-ulang ini Becquerel menyimpulkan bahwa jejak cahaya pada pelat film tersebut disebabkan oleh garam uranium memancarkan radiasi (dan sifatnya berbeda dengan sinar –X) yang dapat menembus kain pembungkusnya dan mempengaruhi pelat film
Image of Becquerel's photographic plate which has been fogged by exposure to radiation from a uranium salt. The shadow of a metal Maltese Cross placed between the plate and the uranium salt is clearly visible. Taken from: http://www.wikipedia.com/henrybecquerel
INTI Bagian Atom :
Elektron
Proton
Netron
Jumlah proton (Z) sama dgn jumlah elektron Jumlah netron (N) Jumlah Nukleon A = Z + N atau
MUATAN DAN MASSA BAGIAN ATOM ► Muatan
Elektron ► Massa 1 elektron ► Muatan 1 proton ► Massa 1 proton ► Muatan 1 netron ► Massa 1 netron
: 4,8 x 10-8 eV : 9,1 x 10-28 gram : muatan 1 elektron : 1,67 x 10-24 gram :0 : massa 1 proton
Penggolongan Nuklida Isotop kelompok nuklida dengan Z sama Contoh: 82Pb204, 82Pb206, 82Pb207,82Pb208 Isobar kelompok nuklida dengan A sama Contoh: 6C14, 7N14, 8O14 Isoton kelompok nuklida dengan N sama Contoh: 1H3, 2He4 Isomer inti nuklida dengan A dan Z sama tetapi
berbeda dalam tingkat energinya Contoh: Co60m, Co60
SINAR ALFA • Partikel yg terdiri dr 4 buah nukleon i.e 2 proton dan 2 netron Inti Helium Sifat : 1. Daya tembus di udara 4 cm,tdk tembus kertas. 2. Partikel alfa tidak mengalami pembelokan karena massa partikel alfa lebih besar dr massa elektron. 3. Hubungan antara energi dan jarak tembus : E = 2,12 x R2/3
SINAR BETA •
Mrpkn partikel yg dilepas atau terbentuk pd suatu nekleon inti,dpt berupa elektron bermuatan negatif (negatron),elektron bermuatan positif (positron) atau elektron cupture (penangkapan elektron). Sifat : 1. Daya tembus 100 X partikel alfa. 2. Menyebabkan atom yg dilewati terionisasi. 3. Energi 0,01 MeV – 3 MeV,hub energi dan jarak tembus : R = 0,543 E – 0,160
NETRON Mrpkn partikel tdk bermuatan listrik yg dihslkan dlm reaktor nuklir, tidak menimbulkan ionisasi,namun menghasilkan energi. Pengurangan energi netron melalui interaksi dgn inti atom : Peristiwa hamburan (scattering). Reaksi inti (masuknya netron kedlm inti sehingga terbentuk sebuah inti yg berisotop. Reaksi fisi ( netron diserap inti,sehingga terbentuk 2 inti menengah dan beberapa netron serta energi ) peluruhan Inti (inti yg terbentuk akan melepaskan salah satu partikel alfa, proton, deutron atau triton). Untuk pengobatan tumor dngan cairan Boron yg ditembak dgn netron.
PROTON Inti suatu zat yang bermuatan positif. Dalam radioterapi untuk menghancurkan kelenjar hipofisis.
SINAR GAMMA Merupakan hasil disintegrasi inti atom yg memancarkan sinar alfa dan terbentuk inti baru dgn tingkat energi agak tinggi,kemudian transisi ke tingkat energi yg lbh rendah dgn memancar sinar gamma Inti
mula2
1,48 MeV (27
Co60)
Inti baru 1,31 MeV
Inti 1,17 MeV
Jika menembus lapisan materi setebal X maka intensitas akan berkurang
I I 0 e X Waktu paruh : ln 2 t1 2
SINAR X
Timbul karena ada perbedaan potensial arus searah yg besar diantara kedua elektroda dlm sebuah tabung hampa,berkas elektron akan dipancarkan dari katoda ke anoda
A
K
Perbedaaan tegangan katoda dan anoda 20 KeV – 100 KeV
Sifat sinar X : 1. Menghitamkan pelat film 2. Mengionisasi gas 3. Menembus berbagai zat 4. Menimbulkan fluorosensi 5. Merusak jaringan
IONISASI • Peristiwa pembentukan ion positif dan ion negatif karena energi radiasi
Jenis Radiasi 1.Tidak menimbulkan ionisasi a. Sinar Ultra Ungu b. Sinar infra merah c. Gelombang Ultrasonic
2. Menimbulkan ionisasi a. Sinar Alfa b. Sinar Beta c. Sinar Gama d. Sinar X e. Proton
Radiasi Pengion Radiasi sinar-X atau sinar Gamma Satuan dosis dlm radiasi pengion - 1 Roentgen : Banyaknya radiasi sinar-X atau Gamma yg menimbulkan ionisasi diudara pd 0,001293 grm udara sebanyak 1 satuan elektrostatis - Satuan rap (Roentgen area product) : radiasi sinar-X/gamma yg mengenai area tertentu, 1 rap = 100 R cm2. - 1 rad : dosis penyerapan energi radiasi sebanyak 100 erg bagi setiap gram jaringan, 1 rad = 100 erg/g = 0,01 Joule/Kg jaringan. - 1 Gy (Gray) : dosis radiasi apa saja yg menyebabkan penyerapan energi 1 Joule pada 1 Kg penyerap. 1 Gy = 1 J/Kg = 107 erg/Kg = 100 rad
Hubungan antara rad dan Roentgen Rad = R x 0,87 x F, F = faktor yg nilainya tergantung pd enrgi radiasi 1 Rad = 2,58 x 10-4 Coulomb/Kg udara
RBE( Rad biological Effectiveness) Perbandingan dosis sinar-X 250 KV dgn dosis radiasi lain yg memberikan efek biologis sama Misal : efek biologis dr 100 rad suatu radiasi sama dengan 300 rad 250 KV sinar X,maka RBE suatu radiasi ialah 3.
REM( Rad Equivalent man ) Merupakan suatu unit untuk menyatakan banyaknya ekivalen dosis yg didefinisikan sebagai rad dikalikan faktor kualitas dr radiasi. Dosis dalam rem = dosis dlm rad x RBE Satuan rem diipakai dlm proteksi radiasi sedang RBE dlm radioteraphi
EFEK BIOLOGIS YG DITIMBULKAN OLEH RADIASI PENGION Dibagi menjadi 2 macam berdasar kerusakan sel: 1. Efek somatis Terdapat 2 efek yg merusak : a. Efek ionisasi Pd sel yg terionisasi akan memancarkan elektron pd struktur ikatan kimia sehingga molekul2 akan terpeceh dan terjadi kerusakan sel.
b. Efek Biokimia’ Jaringan sebagian besar air,radiasi pengion menyebabkan air terpecah menjadi ion H+ dan OH- serta atom netal H dan OH yg reaktif,jaringan terpecah ini menyebabkan kerusakan jaringan. Berkaitan dgn besar radiasi yg diabsorpsi dan respon jaringan thdp absorpsi.
2. Efek genetik
EFEK SOMATIS Terhadap kulit 1. Timbul peradangan kulit akut. 2. Late effect dari dermatitis akut.
Terdapat mata 1. Menimbulkan keratitis. 2. Menimbulkan katarak pd penyinaran 400-500 rad.
Terhadap alat kelamin. 1. Dosis 600 rad menimbulkan sterilisasi. 2. Dosis rendah menimbulkan kelainan pd keturunan. 3. Pada wanita hamil menimbulkan kematian janin atau kelainan.
Terhadap paru-paru Batuk, sesak nafas dan nyeri dada.
Terhadap tulang Menghambat pertumbuhan tulang dan osteoporosis.
Terhadap syaraf Timbul mielitis dan degenerasi jaringan otak.
REAKSI INTI BAGIAN II
Reaktor atom
Matahari
REAKSI INTI
Reaksi Inti adalah proses perubahan yang terjadi dalam inti atom akibat tumbukan dengan partikel lain atau berlangsung dengan sendirinya.
Misalkan pada percobaan reaksi inti dalam sebuah laboratorium ditembakan seberkas partikel a berenergi tinggi pada inti sasaran X. Setelah reaksi inti terjadi, terbentuk inti baru Y dan sebuah partikel b.
a X Y b Q
Y
a+X
a X Y b Q
b
a X Y b Q Energi sebelum reaksi = energi sesudah reaksi Energi reaktan= energi produk + energi reaksi Energi reaksi = energi reaktan – energi produk
Q ma m X mY mb 931 MeV / sma
Ketika a dengan energi kinetik ka ditembakan pada inti sasaran X yang diam (KX=0). Kemudian terbentuk inti baru Y bergerak dengan energi kinetik KY dan partikel b bergerak dengan energi kinetik Kb, maka selisih antara energi kinetik sesudah dan sebelum reaksi sama dengan energi reaksi Q
Q KY K b K a
PADA REAKSI INTI BERLAKU:
• • • •
Hukum kekekalan momentum Hukum kekekalan energi Hukum kekekalan nomor atom Hukum kekekalan nomor massa
REAKSI FUSI Reaksi Fusi adalah reaksi penggabungan dua inti atom yang ringan menjadi inti atom yang lebih berat dan partikel elementer, disertai pelepasan energi yang sangat besar. Inti yang lebih berat di sini bukan berarti sesudah reaksi massa inti menjadi lebih besar dibandingkan dengan massa sebelum reaksi. Justru sebaliknya, massa sesudah reaksi lebih ringan dibandingkan dengan massa sebelum reaksi sehingga dilepaskan energi. Pengertian lebih berat maksudnya adalah nomor massa inti hasil reaksi lebih besar dibandingkan dengan nomor massa masingmasing inti reaktan (pereaksi).
Reaksi fusi disebut juga raksi termonuklir karena untuk menggabungkan inti-inti ringan dibutuhkan suhu yang sangat tingi yaitu sekitar 1. 108 derajat celcius. Suhu yang tinggi menyebabkan inti bergerak dengan kelajuan yang tinggi, sehingga gaya tolak Coulumb antara dua muatan listrik antara proton-proton dalam inti atom dapat diatasi.
Aplikasi Reaksi Fusi 1. Reaksi fusi nuklir pada bintang (matahari) Persamaan reaksi ada 3 tahap yaitu:
1. 11H 11 H 12H 01e 0,42 MeV
2. 12H 11H 23He 5,49 MeV 3. 23He 23He 24He 11H 12,86 MeV Reaksi pertama dan kedua terjadi dua kali, kedua positron saling menghilangkan dengan sebuah elektron dan menghasilkan radiasi elektromagnet , reaksi di atas dapat ditulis:
4 H He 2e 2 2 26,7MeV 2 1
4 2
2. Reaksi fusi nuklir pada bom hidrogen Bahan baku bom hidrogen adalah inti deuterium dan tritium yang akan bergabung membentuk inti helium sambil membebaskan energi yang sangat besar. Untuk menggabungkan inti-inti tersebut diperlukan suhu yang sangat tinggi yang diperoleh dari ledakan atom biasa yang dihasilkan dari reaksi fisi sebagai pemicu berlanggsungnya reaksi fusi bom hidrogen yang akan menghasilkan ledakan bom yang lebih dahsyat. Persamaan reaksi fusi untuk bom hidrogen dapat ditulis: 2 1
H H He n 17,6MeV 3 1
4 2
1 0
REAKSI FISI Reaksi fisi adalah reaksi yang terjadi pada inti berat yang ditumbuk oleh sebuah partikel (umumnya neutron) kemudian membelah menjadi dua inti baru yang lebih ringan. Neutron lebih mudah diserap oleh inti karena neutron tidak bermuatan, sehingga neutron tersebut tidak mengalami gaya Coulomb yang bersifat menolak ketika neutron mendekati permukaan inti.
Reaksi Inti Berdasarkan Model Tetes Cairan
Netron lambat diserap oleh inti U-235 memberikan energi tambahan dalam inti. Energi tambahan dalam inti menyebabkan inti berubah bentuk menjadi memanjang. Ketika inti memanjang gaya Coulomb lebih besar dari gaya ikat inti, kemudian inti membelah menjadi dua inti yang baru.
U n U Ba Kr 2 n
235
1
236
*
142
92
1
U Ba Kr n A BC D m mA (mB mC mD ) 235
142
92
1
Q mA (mB mC mD 931 MeV
Q (massa reak tan massa produk ) 931 MeV
Reaksi Berantai Reaksi berantai ada 2 yaitu reaksi berantai tak terkendali (contoh:bom atom) dan reaksi berantai terkendali (contoh:reaktor atom)
Reaksi Berantai Tak Terkendali
Reaksi berantai tak terkendali dapat menghasilkan energi yang sangat besar. Untuk satu pembelahan inti rata-rata energi yang dibebaskan 208 MeV. Reaksi berantai tak terkendali terjadi ketika neutron yang dihasilkan (rata-rata 2,5 neutron) dari setiap pembelahan inti menumbuk inti lain dan proses ini berlanggsung terus-menerus, energi yang terlepas akan terjadi sangat cepat sehingga terjadi ledakan (seperti dalam bom atomik).
Reaksi Berantai Terkendali
Reaksi berantai terkendali dilakukan dengan cara membatasi jumlah neutron yang membelah inti dalam lingkungan inti atau mengkondisikan tiap pembelahan inti menyumbang hanya satu neutron yang akan menyebabkan pembelahan satu inti lainnya.
Kelemahan fusi sebagai sumber energi dibandingkan dengan fisi adalah dibutuhkan suhu yang sangat tinggi, dana yang besar dan pengetahuan yang sangat tinggi untuk mengolah sumber energi dari reaksi fusi, sedangkan kelebihannya energi yang dihasilkan lebih besar dan bahan bakar untuk reaktor fusi yaitu deuterium sangat berlimpah tersedia dalam air laut.
Contoh soal 1. Hitunglah energi yang dibebaskan 93 dalam reaksi 235
U n Rb
Cs 2n
141
Q m 235U m93Rb m141Cs m1n 931,5 MeV Q 235,04394 92,92172 140,91949 1,0087 931,5 MeV
Q 0,19403 931,5MeV
Q 180, 73895 MeV
Kaisar ming mencari selir Tak memilih hamba sahaya Bicara soal reaksi nuklir Ada manfaat dan bahaya
Jangan terperosok dalam lubang Lubang yang dalam siapa nak naikan Dengan ilmu yang berkembang Manfaat dirasakan bahaya ditekan
BAHAYA YANG DITIMBULKAN DARI REAKSI NUKLIR
MANFAAT DARI REAKSI NUKLIR
