3-interaksi-radiasi-dengan-materi.ppt

8/14/2019 3-interaksi-radiasi-dengan-materi.ppt

1/25

Interaksi Radiasi

dengan Materi


2/25


3/25

Karakteristik daya tembus radiasi


4/25

Partikel AlphaDibandingkan dengan partikel-partikel yang lain, partikel alpha secara fisi

maupun elektris relatif besar, terdiri dari 4 nukleon (2 proton dan 2neutron).

Selama melintas di dalam materi, partikel alpha ini sangat mempengaruhielektron-elektron orbit atom materi tersebut karena adanya gayaCoulomb. Elektron-elektron tersebut dapat berpindah ke tingkat energiyang lebih tinggi (eksitasi) atau terlepas sama sekali dari atom danterbentuklah pasangan ion (ionisasi).

Partikel alpha dengan energi sebesar 3,5 MeV mempunyai jangkauan diudara sejauh 20 mm dan mampu menghasilkan 100.000 pasangan ion.Partikel alpha yang sama mampu melintas di jaringan tubuh manusiasejauh 0,03 mm saja


5/25

Jarak Tembus

MEDIA UDARA PD 1ATM, 15OCR = 0,56 E (cm) UNTUK E< 4 MeV.R = 0,31E1,5 (cm) UNTUK E> 4 MeV

KEPERLUAN PROTEKSI RADIASIRUD.UD = RJAR. JAR


6/25

Partikel Beta (1)Dibandingkan dengan partikel alpha, partikel beta adalah sangat kecil.

Partikel beta (negatif) ini memiliki satu satuan muatan elementer negatidan massanya dapat diabaikan terhadap massa partikel alpha. Interaksipartikel beta identik dengan elektron di atom penyerap (dengan muatanlistrik yang sama), dapat menyebabkan terjadinya ionisasi langsungdengan gaya tolak coulomb terhadap elektron yang mengorbit tersebut.Partikel beta ini dapat pula menyebabkan terjadinya eksitasi bilaenerginya tidak cukup besar untuk dapat membuat elektron orbit lepasdari sistem atom (ionisasi).

Partikel beta dapat menimbulkan ionisasi langsung lebih sedikit dari padapartikel alpha dan dapat bergerak lebih jauh di dalam bahan penyerap.Partikel beta dengan energi sebesar 3,5 MeV dapat melintas di udarasejauh sekitar 11 meter dan apabila di dalam jaringan tubuh manusiadapat mencapai jarak sekitar 15 mm. Partikel beta berenergi rendah 0,157MeV yang dipancarkan oleh Carbon-14 hanya mampu melintas di udara

sejauh 30 cm dan apabila di jaringan tubuh manusia sekitar 0,8 mm.


7/25

Partikel Beta (2)Partikel beta yang berenergi lebih tinggi dapat melintas sampai dekat ke inti

atom dari bahan penyerap. Partikel ini kehilangan sebagian energinyakarena mengalami pelambatan (pengereman) di dalam medan listrik inti.Energi pengereman yang terambil dari energi kinetik partikel betatersebut, akan muncul sebagai sinar-X. Radiasi tipe ini yang disebutsebagai bremsstrahlung, yang dalam bahasa Jerman berarti radiasipengereman.Radiasi Bremsstrahlung merupakan hal yang penting di dalam proteksiradiasi. Hal ini perlu mendapat perhatian khusus bagiorganisasi/perorangan pemilik pesawat sinar-X untuk berusahameminimalkan munculnya radiasi bremsstrahlung di ruang pesawat sinar-X dalam rangka keselamatan radiasi terhadap operator dan konsumenyang dilayani.


8/25

Jarak Tembus

HAMPIR TIDAK TERGANTUNG JENIS MATERIAL (Z), KOMPETI ANTARA DAYA TEMBUS DAN HAMBURAN

R = 0,4 E1,38

(gram/cm2

) UNTUK E


9/25

Radiasi GammaBerkurangnya energi dari sinar gamma dan sinar- X pada saatmelewati suatu materi terjadi karena tiga proses utama, yaitu :- efek fotolistrik- efek Compton- efek produksi pasangan

Efek fotolistrik dan efek Compton timbul karena interaksi antara sinargamma atau sinar-X dengan elektron-elektron dalam atom materi,sedangkan efek produksi pasangan timbul karena interaksi denganmedan listrik inti atom.


10/25

Efek Fotolistrik (1)

Pada efek fotolistrik, energi foton diserap oleh elektron orbit,sehingga elektron tersebut terlepas dari atom.Elektron yang dilepaskan akibat efek fotolistrik disebut fotoelektron.Efek fotolistrik terutama terjadi pada foton berenergi rendah yaituantara energi + 0,01 MeV hingga + 0,5 MeV.Disamping itu efek fotolistrik banyak terjadi pada material dengan Zyang besar. Sebagai contoh efek fotolistrik lebih banyak terjadi padatimah hitam (Z=82) daripada tembaga (Z=29).


11/25

Efek Fotolistrik (2)

E = hv = Q + Ek

E = ENERGI RADIASI GAMMAh = TETAPAN PLANCKQ = ENERGI IKAT ELEKTRON TARGETEk = ENERGI KINETIK ELEKTRON


12/25

Efek Compton (1)

Pada efek Compton, foton dengan energi hv berinteraksi denganelektron terluar dari atom, selanjutnya foton dengan energi hvdihamburkan dan elektron tersebut dilepaskan dari ikatannya denganatom dan bergerak dengan energi kinetik tertentu.


13/25

Efek Compton

TUGAS RUMAH, UNTUKMENGURAIKAN PERSAMAAN NERACAENERGI PADA EFEK COMPTON


14/25

Produksi Pasangan (1)

Proses produksi pasangan hanya terjadi bila foton datang / 1,02MeV. Apabila foton semacam ini mengenai inti atom berat, fotontersebut akan lenyap dan sebagai gantinya timbul sepasangelektron-positron. Positron adalah partikel yang massanya samadengan elektron dan bermuatan listrik positif yang besarnya jugasama dengan muatan elektron. Proses ini memenuhi hukumkekekalan energi:


15/25

Produksi Pasangan (2)Oleh karena itu proses ini hanya bisa berlangsung bilamana energi fotonyang datang minimal

mo adalah massa diam elektron dan c adalah kecepatan cahaya.Berkaitan dengan uraian ini maka nilai atau besaran absorpsi linier akanbergantung pada energi foton yang datang disamping bergantung pada jenis media/materi/zat yang dilaluinya atau bergantung pada nomor atom(Z) media/materi yang dilaluinya


16/25


17/25


18/25

Tumbukan Elastis

Dalam tumbukan elastis antara neutron dengan atom bahan penyerap,sebagian energi kinetik neutron diberikan ke inti atom terkait dalambentuk energi kinetik, dan berarti inti atom yang ditumbuk tersebutbergerak. Sementara itu neutron penumbuk dibelokkan/dihamburkan.

Energi neutron yang dialihkan ke partikel yang ditumbuk antara lainditentukan oleh massa dari partikel yang ditumbuk. Neutron akankehilangan paling banyak energi kinetiknya bila bertumbukan denganpartikel yang sama atau hampir sama massanya (misalnya neutron atauproton) atau setidak-tidaknya yang massanya tidak jauh berbeda.

Di dalam aplikasinya, air, beton dan parafin merupakan bahan yang baikuntuk perisai terhadap radiasi neutron.


19/25

Tumbukan Tak Elastik

Interaksi yang lebih rumit adalah interaksi antara neutron-cepat atauyang berenergi sedang dengan target yang massanya jauh lebih besardari pada neutron sendiri.Dalam hal ini neutron dapat terserap oleh inti atom target. Inti atom

penyerap neutron tersebut menjadi tereksitasi.Pada saat inti atom tereksitasi tersebut kembali ke keadaan semula,terpancarlah sinar gamma.Tumbukan semacam inilah yang disebut tumbukan tak elastis.Kebolehjadian terjadinya tumbukan tak elastis ini bergantung kepadaenergi kinetik neutron penumbuk.Makin besar energi neutron, maka makin besar kemungkinan terjadinyatumbukan tak elastis tersebut.


20/25

Tangkapan Neutron (1)

Neutron-cepat dan neutron-sedang yang diperlambat melalui tumbukan elastdan tak elastis akan menjadi neutron thermal dengan orde sekitar 0,025 eVNeutron ini berpeluang besar untuk ditangkap oleh inti atom bahan penyeraInti atom baru yang dalam keadaan tereksitasi dari hasil penyerapan neutrondengan nomor massa (A+1), dapat memancarkan sinar gamma untuk menujuke keadaan yang lebih stabil (A = nomor massa inti atom sebelum menyerasatu neutron).Penangkapan neutron dapat juga menghasilkan reaksi-reaksi sebagai berikut

1. Penangkapan neutron oleh inti atom ringan dapat menghasilkan emisproton

2. Penangkapan neutron oleh inti atom boron dan lithium dapat menghasilkaemisi alpha.3. Penangkapan neutron oleh inti atom berat dapat menghasilkan fisi pembelahan inti (seperti pada uranium-235, plutonium-239, dan uranium-23


21/25

Tangkapan Neutron (2)

Penangkapan neutron oleh inti atom stabil dapat menghasilkanisotop radioaktif seperti pada proses aktivasi neutron. Contoh:aktivasi neutron terhadap iridium stabil Ir-191 menghasilkanradioisotop Ir-192 (pemancar radiasi beta dan gamma), yang biasadigunakan dalam kegiatan radiografi.Kemampuan bahan penyerap untuk menangkap neutron bergantungkepada penampang lintang penangkapan (capture cross section)dari masing-masing bahan, dengan satuan barn.


22/25

Tangkapan Neutron (3)Cadmium, lithium dan boron merupakan penyerap neutron thermalyang baik, akan tetapi penyerapan neutron oleh inti atom cadmiumdan boron diikuti oleh radiasi gamma yang harus diperhitungkanpada desain pembuatan perisai radiasi.Kombinasi antara polyethylene dengan boron atau lithiummerupakan perisai radiasi neutron yang baik. Atom-atom hidrogen di

dalam polyethlene memperlambat neutron, yang selanjutnya mudahditangkap oleh inti atom boron atau lithium.Partikel alpha yang terbentuk akibat reaksi neutron dengan inti atomboron atau lithium ini cepat teratenuasi (menurun intensitasnya),sehingga bahaya yang ada tinggal dari sinar gamma dengan energi0,48 MeV yang berasal dari interaksi boron serta kemungkinan sinargamma dengan energi 2,26 MeV yang merupakan hasil apabilaterjadi interaksi antara hidrogen dengan neutron yang terserap.Penyerapan neutron thermal oleh hidrogen tidak lazim, karenapenampang lintangnya (cross section) relatif kecil


23/25


24/25

Pembentukan Radikal

Ionisasi spesifik (SPI): banyaknya ion yang terbentuk setiap panjang jejakSPI= (E/(W.R))E : Energi partikel radiasi (alpha atau beta)W : energi rerata yang digunakan untuk membentuk satu pasang ionR : jarak tembus atau jangkau partikel radiasi


25/25

Radikal Bebas

H 2O + radiasi H 2O + + e -

H 2O + radiasi OH * + H *

OH*

+ OH*

H

2O 2H * + H * H 2 RH (molekul organik) + OH * R * + H 2O

3-interaksi-radiasi-dengan-materi.ppt

Documents