ansn ind ins_dasar_fisika_radiasi

Download Ansn ind ins_dasar_fisika_radiasi

Post on 26-May-2015

2.335 views

Category:

Documents

13 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • 1. DAFTAR ISIBAB I PENDAHULUAN 3BAB IISTRUKTUR DAN INTI ATOM5A Struktur Atom 6B Inti atom 91. Identifikasi Inti Atom (Nuklida) 92. Kestabilan Inti Atom 11Latihan 13Rangkuman Bab II. 14BAB III PELURUHAN RADIOAKTIF17A Jenis Peluruhan 171. Peluruhan Alfa 182. Peluruhan Beta 193. Peluruhan Gamma20B Aktivitas Radiasi 21C Waktu Paro23D Aktivitas Jenis 25E Skema Peluruhan 26Latihan 27Rangkuman Bab III 29BAB IVINTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI 31A Interaksi Partikel Alfa 311. Proses Ionisasi322. Proses Eksitasi32B Interaksi Partikel Beta 33C Interaksi Sinar Gamma dan Sinar-X 351. Efek Fotolistrik 362. Hamburan Compton 373. Produksi Pasangan384. Ionisasi Tidak Langsung385. Penyerapan Radiasi Gelombang Elektromagnet 39D Faktor Penambahan (Build up Factor)F Tameng Berlapis Banyak ..........................................................G Interaksi Radiasi Neutron 441. Tumbukan Elastik 442. Tumbukan Tak-Elastik 453. Reaksi Inti (Penangkapan Neutron)46Latihan 47Rangkuman Bab IV. 47BAB V SUMBER RADIASI49A Sumber Radiasi Alam 491. Sumber Radiasi Kosmik492. Sumber Radiasi Terestrial503. Sumber Radiasi di dalam Tubuh51B Sumber Radiasi Buatan 511. Zat Radioaktif 512. Pesawat Sinar-X533. Akselerator564. Reaktor Nuklir 561

2. Latihan 57Rangkuman Bab V 58.2 3. FISIKA RADIASI DASARBAB I PENDAHULUANModul ini berisi pengetahuan dasar tentang Fisika Radiasi yang menjadilandasan bagi pengetahuan lain yang berhubungan dengan pemanfaatan danpengawasan tenaga nuklir, seperti aplikasi radiasi dan radioisotop, fisikakesehatan, proteksi radiasi, dan sebagainya.Dalam modul ini dibahas proses terjadinya radiasi dari atom atau inti atomyang tidak stabil, peluruhan inti atom yang tidak stabil, interaksi radiasi bilamengenai materi termasuk terjadinya reaksi inti, serta beberapa sumber radiasibaik sumber radiasi alam maupun sumber radiasi buatan.Tujuan Instruksional Umum:Setelah mempelajari materi ini peserta diharapkan mampu memahami prinsip-prinsip dasar fisika radiasi, seperti: proses terjadinya radiasi, proses peluruhaninti atom, interaksi radiasi dengan materi, serta prinsip dari beberapa sumberradiasi buatan.Tujuan Instruksional Khusus:Setelah mempelajari materi ini peserta diharapkan mampu:1. menggambarkan struktur atom berdasarkan model atom Bohr;2. menguraikan proses transisi elektron;3. membedakan isotop, isobar, isoton dan isomer;4. menentukan kestabilan inti atom;5. menyebutkan tiga jenis peluruhan radioaktif dan sifat radiasi yang dipancarkannya;6. menghitung aktivitas suatu bahan radioaktif menggunakan konsep waktu paro;3 4. 7. menguraikan proses interaksi radiasi alfa dan beta bila mengenai materi; 8. menguraikan proses interaksi radiasi gamma dan sinar-X bila mengenai materi; 9. menguraikan proses interaksi radiasi neutron bila mengenai materi;10. menentukan tebal penahan radiasi menggunakan konsep tebal paro; gamma dan sinar-X;11. membedakan sumber radiasi alam dan buatan;12. menguraikan prinsip kerja pesawat sinar-X. 4 5. BAB II STRUKTUR DAN INTI ATOMRadiasi pada dasarnya adalah suatu cara perambatan energi dari sumber energike lingkungannya tanpa membutuhkan medium. Beberapa contohnya adalahperambatan panas, perambatan cahaya, danperambatan gelombang radio.Radiasi yang akan dibahas di sini adalah radiasi yang berasal dari proses fisikayang terjadi di dalam atom.Semua bahan (materi) yang ada di alam ini tersusun dari berjuta-juta molekul,sedangkan molekul itu sendiri terdiri atas beberapa atom. Sebagai contoh,segelas air terdiri atas molekul-molekul H2O, sedang sebuah molekul H2Oterdiri atas dua buah atom hidrogen (dengan lambang H) dan sebuah atomoksigen (dengan lambang O). Jadi, atom itu sendiri dapat didefinisikan sebagaibagian terkecil dari suatu materi yang masih memiliki sifat dasar materitersebut. Atom mempunyai ukuran sekitar 10-10 m atau 1 angstrom (= 1 ).Istilah lain yang sering digunakan untuk menyatakan jenis atom adalah unsur.Sampai saat ini telah diketemukan 107 jenis unsur.Atom terdiri atas inti atom dan elektron. Inti atom yang sering disebut sebagainuklir ataupun nuklida merupakan bagian dari atom yang memiliki massaterbesar (masif) dan berukuran sekitar 10-14 m atau 10-4 , sedangkan elektronyang mempunyai massa sangat ringan bertebaran memenuhi ruangan atom.Pada perkembangan selanjutnya ditemukan bahwa inti atom terdiri atas duajenis partikel yaitu proton dan neutron. Elektron merupakan partikel yangmempunyai muatan listrik negatif sebesar 1,6 x 10-19 Coulomb danmempunyai massa sebesar 9,1 x 10-31 kg. Proton mempunyai muatan listrikpositif dan massa 1,67 x 10-27 kg. Sedangkan neutron mempunyai massa 1,675x 10-27 kg dan tidak bermuatan listrik. Karena berhubungan dengan nilaimuatan dan massa yang sangat kecil, maka diperkenalkan suatu konstanta yangdisebut sebagai muatan elementer (e) sebesar 1,6 x 10-19 Coulomb dan massaelementer yang sering dituliskan sebagai satuan massa atom (sma) sebesar 1,6x 10-27 kg.5 6. A. Struktur AtomPada prinsipnya struktur atom belum diketahui secara pasti, mengingatsangat kompleksnya struktur tersebut. Namun demikian, banyak ahli telahmembuat model atruktur atom sesuai dengan pemahaman yang didasarkanpada bukti-bukti pengamatan. Pemodelan struktur atom, sebenarnyamerupakan usaha pendekatan dalam rangka memudahkan pemahaman.Model atom bervariasi mulai dari yang sederhana sampai dengan yangkompleks (model atom Bohr, model atom Rutherford, dsb.).Model atom Bohr merupakan model yang paling sering digunakan karenasederhana tetapi dapat menjelaskan banyak hal. Model ini menggambarkanbahwa atom terdiri atas inti atom, dan elektron-elektron yang mengelilingiinti atom dengan lintasan-lintasan atau kulit-kulit tertentu (lihat GambarII.1).Inti atom itu sendiri terdiri atas proton dan neutron. Jenis atom yang samamempunyai jumlah proton yang sama, sebaliknya atom yang berbedamemiliki jumlah proton yang berbeda. Sebagai contoh, unsur hidrogen (H)mempunyai sebuah proton, sedang unsur emas (Au) mempunyai 79 buahproton. Sebagai suatu konvensi, setiap jenis atom diberi suatu nomor yangdisebut sebagai nomor atom berdasarkan jumlah proton yang dimilikinya.Sebagai contoh, nomor atom dari unsur hidrogen adalah 1 sedang nomoratom dari unsur emas adalah 79.Gambar II.1. Model atom BohrDipandang dari segi beratnya, massa suatu atom terkonsentrasi pada intinya,karena massa elektron dapat "diabaikan" bila dibandingkan dengan massaInti Atom Elektronproton maupun neutron. Tetapi bila dipandang dari segi muatan listriknya, Lintasan Elektronmuatan atom ditentukan oleh jumlah proton dan jumlah elektronnya. Bilajumlah proton dan jumlah elektron di dalam suatu atom sama, maka muatanatom tersebut nol sehingga dinamakan atom netral, sedangkan bila 6 7. jumlahnya tidak sama maka dinamakan atom tidak netral atau ion. Sebagai contoh, unsur emas memiliki 79 buah proton maka sebuah atom emas yang netral akan mempunyai 79 proton dan 79 elektron. Setiap lintasan elektron mempunyai tingkat energi tertentu. Semakin luar lintasannya, tingkat energinya semakin tinggi. Oleh karena itu elektron- elektron di dalam atom selalu berusaha untuk menempati lintasan elektron yang lebih dalam. Lintasan elektron yang paling dalam dinamakan lintasan K, lintasan berikutnya L, M, N dan seterusnya. Jumlah elektran yang dapat menempati setiap lintasan dibatasi oleh suatu aturan tertentu (2 x n 2). Lintasan K (n = 1) hanya dapat ditempati oleh dua buah elektron sedang lintasan L (n = 2) delapan elektron. Atom ada dalam keadaan stabil bila setiap lintasan yang lebih dalam berisi penuh dengan elektron sesuai dengan kapasitasnya. Sebaliknya, bila suatu lintasan elektron masih belum penuh tetapi terdapat elektron di lintasan yang lebih luar, maka atom tersebut dikatakan tidak stabil. Sebagai contoh suatu atom yang tidak stabil adalah bila lintasan K dari suatu atom hanya berisi sebuah elektron sedang pada lintasan L nya berisi enam elektron. Perpindahan Elektron Perpindahan elektron dari satu lintasan ke lintasan yang lain disebut sebagai transisi elektron. Bila transisi tersebut berasal dari lintasan yang lebih luar ke lintasan yang lebih dalam, maka akan dipancarkan energi, sebaliknya untuk transisi dari lintasan dalam ke lintasan yang lebih luar dibutuhkan energi. Energi yang dipancarkan oleh proses transisi elektron dari lintasan yang lebih luar ke lintasan lebih dalam berbentuk radiasi sinar-X karakteristik.Gambar II.2. Perpindahan elektron dari lintasan luar ke dalam (kiri) dan dari lintasanEnergi Sinar-X dalam ke luar (kanan)Eksternal karakteristik Energi radiasi sinar-X (Ex) yang dipancarkan dalam proses transisi elektron ini adalah sama AtomInti dengan selisih tingkat energi dari lintasan asal (Ea) dan lintasan tujuan (Et).Ex = Ea- EtInti Atom ElektronElektronKulit KKulit K 7Kulit LKulit L 8. Sebaliknya, energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya proses transisielektron dari kulit yang lebih dalam ke kulit yang lebih luar harus lebihbesar dari pada selisih tingkat energi dari lintasan asal dan lintasan tujuan.Proses ini disebut sebagai proses eksitasi, yang akan dibahas lebih lanjutpada Bab IV.Proses transisi elektron tidak hanya terjadi pada lintasan-lintasan yangberurutan, mungkin saja terjadi transisi dari lintasan M ke lintasan K denganmemancarkan radiasi sinar-X. Energi yang dipancarkan oleh transisielektron dari lintasan M ke lintasan K lebih besar daripada transisi darilintasan L ke lintasan K. Tingkat energi lintasan dari setiap atom tidak sama.Sebagai contoh, energi sinar-X yang dipancarkan oleh transisi elektron didalam atom perak (Ag) akan berbeda dengan energi yang dipancarkan olehtransisi elektron dalam atom tungsten (W).B. Inti AtomSebagaimana telah dibahas sebelumnya, inti atom atau nuklir terdiri alasproton dan neutron yang disebut sebagai nukleon (partikel penyusun intiatom). Jumlah proton dan jumlah neutron di dalam inti atom tidak selalusama, oleh karena itu suatu unsur (jenis atom) yang sama mungkin sajaterdiri alas inti atom yang berbeda, yaitu bila jumlah protonnya sama tetap