pusat pendidikan dan pelatihan badan tenaga · pdf filecabang ilmu kimia yang mempelajari...
Post on 06-Feb-2018
239 Views
Preview:
TRANSCRIPT
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHANBADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL
Cabang Ilmu Kimia yang mempelajari unsur radioaktif, pembuatannya, sifat-sifatnya, pengukurannya danpemanfaatannya
Kimia Radiasi :Cabang Ilmu Kimia yang mempelajari efek kimia yang terjadi pada
t t kib t di i isuatu zat akibat radiasi pengion
Kimia Nuklir :Cabang Ilmu Kimia yang mempelajari transformasi intiCabang Ilmu Kimia yang mempelajari transformasi inti
Radiokimia
• Bagian dari Ilmu KimiaMendukung perkembangan Teknologi• Mendukung perkembangan Teknologi Nuklir di berbagai bidang
U di ktif & if t if t
LINGKUP RADIOKIMIA
Unsur radioaktif & sifat-sifatnya
Radionuklida RadionuklidaRadionuklida Radionuklidaalam buatan
PenembakanPenembakanRadiokimia Pembuatan (Reaksi inti)
RadionuklidaPemisahanPemisahan
Analisis AANAnalisis AANPengenceran IsotopTitrasi Radiometri
Pemanfaatan Radionuklida
Perunut
TujuanTujuan
Setelah mengikuti materi ini, peserta mampuSetelah mengikuti materi ini, peserta mampu menjelaskan prinsip radiokimia
Secara Khusus :1. Menjelaskan keseimbangan dalam peluruhan2. Menjelaskan radionuklida alam3. Menjelaskan reaksi inti4. Menjelaskan radionuklida buatan5. Menjelaskan pemisahan radionuklida
SistematikaSistematika
• Bab I : Pendahuluan• Bab II : Radionuklida Alam• Bab III : Peluruhan Radioaktif• Bab IV : Reaksi Inti• Bab V : Pembuatan Radionuklida• Bab VI : Metode Pemisahan Radiokimia
Bab IIRadionuklida Alam
Bab II. Radionuklida AlamBab II. Radionuklida Alam
I.Tunggal, dihasilkan oleh sinar kosmikgg ,3H, 7Be, 10Be, 14C22Na, 24Na, 32S, 32P, 33P35P 36Cl 38S 38Cl 39ClP, Cl, S, Cl, ClII. Tunggal, berasal dari batuan40K, 50V, 87Rb, 115In, 123Te, 138La,142Ce, 144Nd, 147Sm, 152Gd, 156Dy,174Hf, 176Lu, 180Ta, 187Re, 190PtIII D t R di klid (P l h b t i)III. Deret Radionuklida (Peluruhan berantai)1. Deret Thorium (4n) 232Th ....... 208Pb2. Deret Uranium (4n+2) 238U ....... 206Pb3. Deret Aktinium (4n+3) 235U ....... 207Pb
Natural Radiation
238U234Th
4,47.109 tahun
24,1 hari
234Pa
234U2,46.105 tahun
1,17 menit
230Th226Ra
222Rn
7,54.104 tahun
3,8 hari
1599 tahun
218Po
214Pb 218At
3,1 menit
27 menit214Bi 218Rn
214Po210Pb
19,9 menit
163,7 s
Pb
206Hg 210Bi
206Tl 210P0
5,01 hari
22,6 tahun
206Pb138,38 hari
Deret Uranium
Radionuklida AlamRadionuklida Alam
Dalam Tubuh :• K-40, β dan γ, T1/2 : 1,27.109 tahun• Kelimpahan K-40 di alam : 0,0117 %
TENORM
T h i ll E h d N t ll
TENORM
Technically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Material
• Proses mineral dan pembakaran bahan bakar fossil fuelfossil fuel
• Dalam proses pemisahan, radionuklida alam tertinggal di bahan sisagg
• Konsentrasi radionuklida alam dalam bahan sisa lebih tinggi dibanding awalnya
Radionuklida di udara
Paparaneksternal
Tanaman Tanah Air permukaan
eksternal
Tanah lapisand l
Ikan
Hewan danHasil hewan
Pernafasan dalam
Ai t h Air minumAir tanah Air minum
manusia
Radionuklida di Lingkungan
Media Radionuklida
Radionuklida di Lingkungan
Udara 131I, 134Cs, 137Cs
Air 3H, 89Sr, 90Sr, 131I, 134Cs, 137Cs
Fresh water and marine
foodchain
54Mn, 55Fe, 59Fe, 60Co, 65Zn, 95Zr, 95Nb, 106Ru, 110mAg, 125Sb, 131I, 137Cs, 141Ce, 144Ce
Milk 89Sr, 90Sr, 131I, 134Cs, 137Cs
Meat 134Cs, 137Cs
Vegetation 89Sr, 90Sr, 95Zr, 95Nb, 103Ru, 106Ru131I, 137Cs, 141Ce, 144Ce
S il 90S 134C 137C 238P 239/240P 241ASoil 90Sr, 134Cs,137Cs, 238Pu, 239/240Pu, 241Am, 242Cm
Bab IIIPeluruhan Berantai
Deret Radionuklida
Peluruhan berantai digambarkan :
Deret Radionuklida
Peluruhan berantai digambarkan :
N(1) N(2) N(3) N(i 1) N(i)• N(1) → N(2) → N(3) …….. N(i-1)→N(i)
N(i) radionuklida ke-i
Laju PeluruhanLaju Peluruhan
1dN dN11
1 Ndt
dN 0011
2 NNdt
dN
33223 NN
dtdN
iiiii NN
dtdN
11
Persamaan BatemanPersamaan Bateman
)...( 321321
01
ti
ttti
ieCeCeCeCNN
))...()((...
11312
1211
i
iC)) ()(( 11312 i
)) ()((... 121
2
iC))...()(( 22321 i
))...()((...
131
121
iiii
iiC
131 iiii
Decay Chain, Secular Equilibrium
1000
100
Log of ActivityParent
10
Daugther
Total
1
0 10 20 30 40
Time
Gambar II.1: Kesetimbangan Sekular
8
D Ch i T i t E ilib i
6
7Decay Chain, Transient Equilibrium
3
4
5
Parent
Daughter
T t ltivity
1
2
Total
Log
Act
00 20 40 60 80 100 120
Time
Gambar II 2: Kesetimbangan TransienGambar II.2: Kesetimbangan Transien
Decay Chain, No Equilibrium
100
ivity
10
Log
of A
ct
Parent
Daughter
T lTotal
1
0 20 40 60 80 100 120
Time
Gambar II.3: Tanpa Kesetimbangan
Bab IVReaksi Inti
Reaksi IntiReaksi Inti
X + a Y + bX + a Y + b
Atau X ( a b ) YAtau X ( a,b ) Y
Keterangan :gX : nuklida sasaranY : radionuklida hasil reaksi intia : partikel penembakb : partikel hasil reaksi inti
Macam Reaksi IntiMacam Reaksi Inti
• Reaksi fotonuklirReaksi fotonuklirContoh : 9Be(γ,n)8Be
• Reaksi penangkapan : (n, γ), (p, γ), (d,p), (d,α)
• Reaksi fisi : U235 + nt Y1 + Y2 + (2-3)nc + Qt 1 2 ( ) c Q
Reaksi PenangkapanReaksi Penangkapan
(n, γ), (p, γ), (d,p), (d,α)
Contoh :• 23Na ( n, ) 24Na
24Mg ( d α) 22Na• 24Mg ( d, α) 22Na• 197Au ( n, ) 198Au Sumber partikel :Sumber partikel :• Reaktor nuklir• Akselerator
Reaksi FisiReaksi Fisi
U235 + nt Y1 + Y2 + (2-3)nc + Q
Reaktor NuklirReaktor Nuklir
Komponen Utama :Komponen Utama :
1. Bahan Bakar Nuklir 2 M d2. Moderator3. Pendingin4. Batang Kendalig5. Reflektor6. Bejana7 Perisai7. Perisai8. Penukar Panas:
Bab VPembuatan Radionuklida
Radionuklida BuatanRadionuklida Buatan
• Kedokteran• Pertanian• PeternakanPeternakan• Industri
Cara Pembuatan RadionuklidaCara Pembuatan Radionuklida
1. Penangkapan/aktivasi dengan neutron1. Penangkapan/aktivasi dengan neutron2. Hasil belah (fisi) uranium.3 Penangkapan/aktivasi dengan partikel3. Penangkapan/aktivasi dengan partikel
bermuatan. z+2(n d)z+1 (n,p) (n,d)(ϒ,p) (d,α)
z(n,ϒ)(d,p)
(ϒ,n)(n,2n)YA
z
z-1 (α,p)(d,ϒ)(d,p) (d,n)
(p,n)
(d,2n)
z 2 (α n)z-2 (α,n)
A-2 A-1 A A+1 A+2
Hipotesa Compound NucleusHipotesa Compound Nucleus
4He + 60Ni 63Zn + n
64Zn 62Zn + 2n
1H + 63Cu 62Cu + 1H + n
Kecepatan ReaksiKecepatan Reaksi
Kecepatan Reaksi :Kecepatan Reaksi :
Ri = I n σi xi i Ri = jumlah proses / reaksi inti yang terjadi pada sasaran
per satuan waktuI = jumlah partikel penembak per satuan waktun = jumlah nuklida yang terdapat dalam sasaran
per satuan volumeper satuan volumeσi = tampang lintang untuk reaksi inti x = tebal sasaran
Aktivitas RadionuklidaAktivitas Radionuklida
Aktivitas radioisotop (A) setelah iradiasiAktivitas radioisotop (A) setelah iradiasi dengan neutron
A = NΦσ(1 e-λtir)A = NΦσ(1 – e λtir)
Keterangan :Keterangan :N : jumlah nuklida sasaranΦ : fluks neutron (neutron/s.cm2)Φ u s eu o ( eu o /s c )σ : tampang lintang mikroskopis ( barn = 10-24 cm2)λ : tetapan peluruhan dari radioisotop yang terbentuktir : waktu iradiasi
Pemilihan Reaksi IntiPemilihan Reaksi Inti
• jenis nuklida sasaranjenis nuklida sasaran• tampang lintang reaksi
h b i tik l b k• pengaruh besar energi partikel penembak• tingkat kemurnian radionuklida yang
dihasilkan
Contoh Reaksi IntiContoh Reaksi Inti
Unsur Reaksi Inti Umur ParoH 6Li(n )T 12 3 tahunH 6Li(n, )T 12,3 tahunBe 6Li(d, n)7Be 53,4 hariF 19F(n,2n)18F 109,7 menitNa 23Na(n, )24Na 15,0 jamMg 26Mg(n, )27Mg 9,5 menitAl 27Al(n )28Al 2 3 menitAl Al(n, ) Al 2,3 menit
Aktivasi NeutronAktivasi Neutron
RADIONUKLIDA RADIASI WAKTU PARORADIONUKLIDA RADIASI WAKTU PARO153Sm β , γ 1,93 hari192I192Ir β , γ 73,8 hari65Zn ε ,γ, β 243,8 hari90Y β , γ 2,67 hari86Rb β , γ, ε 18,65 hari166Ho β , γ 1,12 hari60Co β , γ 5,27 tahunCo β , γ 5,27 tahun32P β 14.28 hari
Hasil BelahHasil Belah
RADIONUKLIDA JENIS
RADIASI
UMUR PARO
RADIASI9Mo β , γ 67 Jam
125I β , γ 60 hari
131I β , γ 8.04 hari
Partikel Bermuatan (Akselerator)
Produk Jenis
R di i
Umur
PRadiasi Paro
18F β+ ε 1 83 jam18F β+ , ε 1,83 jam
201Tl ε , γ 3,04 hariγ
56Co β+ , ε , γ 77,3 hari
Pemilihan Senyawa SasaranPemilihan Senyawa Sasaran
• kestabilan senyawa pada kondisi iradiasi• kandungan unsur lain • kemurnian radionuklida• kemudahan penanganan selanjutnya
(pemisahan)(pemisahan)
Target IradiasiTarget Iradiasi
Generator RadioisotopGenerator Radioisotop
• Radionuklida umur paro pendekRadionuklida umur paro pendek• Radionuklida induk berumur paro relatif
panjangpanjang• Anak dipisahkan secara kimia (sederhana)• 98Mo – 99mTc• 137Cs – 137mBa
Penandaan / PelabelanPenandaan / Pelabelan• Sintesis dan pertukaran atom.
Senyawa bertanda Penggunaan
153Sm-EDTMP Diagnosis/pengobatan kanker tulang danSm EDTMP
Atau SmCl3
Diagnosis/pengobatan kanker tulang dan
pengobatan leukemia
192Ir-hairpin Terapi “cervic cancer” dan “mamaeIr hairpin Terapi cervic cancer dan mamae
cancer” (low dose rate)201 Tl F atau 201 Tl F3 Diagnosis gangguan jantung3 g g gg j g
Na2 99MoO4 Generator 99mTc
Na131I (oral, injeksi) Diagnosis dan terapi thyroid
H3 32PO4 Pertanian
18F (FDG)* Kedokteran nuklir
Bab VIPemisahan Radiokimia
Tujuan Pemisahan RadiokimiaTujuan Pemisahan Radiokimia
• Isolasi dari radionuklida lainIsolasi dari radionuklida lain • Mengkonsentrasikan / mengumpulkan
radionuklida dalam jumlah kecil dari jvolume/massa yang besar
• Menghindari serapan diri dan mendapatkan g p pgeometri yang sesuai untuk kondisi pengukuran
Teknik Khusus
1. Carrier / Pengemban2 S2. Scavenger 3. Collector4. Milking5 Radiochemical Yield5. Radiochemical Yield
Teknik Khusus
• Carrier / Pengemban
Teknik Khusus
• Carrier / Pengemban– Isotopic
Contoh : Cs non radioaktif untuk 137Cs– Non isotopicp
Contoh: Ba untuk 226Ra
Teknik Khusus
S
Teknik Khusus
Scavenger– A1 cenderung dibarengi oleh keberadaan
A2, A3,...– Bila diperlukan memisahkan A1 from A2, A3, ...– Penambahan X sebelum proses pemisahan
Teknik Khusus
Collector
Teknik Khusus
Collectormengumpulkan radionuklida dalam jumlah sedikit dari massa atau volume yang relatifsedikit dari massa atau volume yang relatif besar
Contoh :AMP digunakan untuk mengumpulkan Cs dalam air laut
Teknik Khusus
MilkingMilkingPemisahan anak dari induknyaC t hContoh :
β- β-
90Sr 90Y 90Zr (stable)
Pemisahan 90Y dari 90Sr137mB d i 137C137mBa dari 137Cs
Teknik Khusus
• Radiochemical Yield / RecoveryRadiochemical Yield / Recovery
sA
C
s
A
– Gravimetry, colorimetry– Standard internal
Metode Pemisahan
Proses Kimia:
Metode Pemisahan
Proses Kimia:– menyangkut electron orbital
Sama untuk non radioaktif and radioaktif– Sama untuk non radioaktif and radioaktifMetode Pemisahan Kimia:
• Pengendapan • Ekstraksi Pelarut• Khromatografi• Elektrokimia • Distilasi
PengendapanPengendapan
mnsp MMK 21
– Pada tingkat kelumit, nilai hasil k li k l t tid k t ikali kelarutan tidak tercapai
– carrier ditambahkan– Pemisahan dengan
• pengendapan centrifugali• penyaringan
Ekstraksi PelarutEkstraksi Pelarut
• Pemisahan dengan pelarut yang tidakPemisahan dengan pelarut yang tidak bercampur
orgAD
• D >> 1 aqA
D
• Tingkat makro dan mikro
Contoh : Preparasi Radiokimiauntuk Analisis Pu dalam Sampel Tanahuntuk Analisis Pu dalam Sampel Tanah
FiltratFiltrat+ TOA-xylene
+ 8 M HNO aq+ 8 M HNO3
+ 10 M HCl
org
org aq+ 10 M HCl
org aq+ NH4I.HCl org
aq + Xyleneorg
aqorg aq
KhromatografiKhromatografi
• Perbedaan kecepatanPerbedaan kecepatan migrasi
• Tingkat makro dan mikro• Tingkat makro dan mikro• Jenis :
– Khromatografi kolom– Khromatografi kertas– electrochromatography– Khromatografi gas
Khromatografi
• Penukaran Ion
Khromatografi
Penukaran Ion
HR M + MR H+nHR + Mn+ MRn + nH+
sol
resd M
MK
Contoh : Preparasi Radiokimiauntuk Analisis Pu dalam Sampel Tanah
8 M HNO
Filtrat8 M HNO3
10 M HCl
NH4I.HCl4 C
Anion ColumDowex 1-X8, 100-200 mesh100 200 mesh
Eluent
ElektrokimiaElektrokimia
• Perbedaan energi potensialPerbedaan energi potensial• Elektrolisis secara internal
El kt li i d li t ik• Elektrolisis dengan arus listrik
Potensial (E0)Potensial (E )
( 0)Elektrode Potensial (E0)
K ═ K+ + e‐ + 2,92
¼U ═ ¼U+4 + e‐ + 1 40¼U ═ ¼U+4 + e + 1,40
½H2 + OH‐ ═ H2O+ e‐ + 0,83
Pu+3 ═ Pu+4 + e‐ + 0 72Pu Pu + e + 0,72
½Cu ═ ½Cu+2 + e‐ ‐ 0,34
OH‐ ═ ¼O2 + ½ H2O+ e‐ ‐ 0,402 2 ,
¼Po ═ ¼Po+4 + e‐ ‐ 0,40
Fe+2 ═ Fe+3 + e‐ ‐ 0,77
Ag ═ Ag+ + e‐ ‐ 0,80
Contoh : Preparasi Radiokimiauntuk Analisis Pu dalam Sampel Tanah
Pt anodelarutan
0.5 Ampere, 2 hours
Stainless steel katode
DistilasiDistilasi
• Suhu penguapanSuhu penguapan• Senyawa volatil
ReviewReview
– Sebutkan 3 jenis radionuklida alam dan contohnya;y
– Sebutkan 3 sistem peluruhan berantai dan contohnya;
– Jelaskan 3 reaksi inti; – Jelaskan 3 cara produksi radioisotop;p p– Jelaskan 3 teknik khusus dalam Pemisahan
Radiokimia– Jelaskan 5 metode Pemisahan Kimia
top related