DAFTAR ISIBAB I PENDAHULUAN 3BAB II STRUKTUR DAN INTI ATOM 5

A Struktur Atom 6B Inti atom 9

1. Identifikasi Inti Atom (Nuklida) 92. Kestabilan Inti Atom 11

Latihan 13Rangkuman Bab II. 14

BAB III PELURUHAN RADIOAKTIF 17A Jenis Peluruhan 17

1. Peluruhan Alfa 182. Peluruhan Beta 193. Peluruhan Gamma 20

B Aktivitas Radiasi 21C Waktu Paro 23D Aktivitas Jenis 25E Skema Peluruhan 26Latihan 27Rangkuman Bab III 29

BAB IV INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI 31A Interaksi Partikel Alfa 31

1. Proses Ionisasi 322. Proses Eksitasi 32

B Interaksi Partikel Beta 33C Interaksi Sinar Gamma dan Sinar-X 35

1. Efek Fotolistrik 362. Hamburan Compton 373. Produksi Pasangan 384. Ionisasi Tidak Langsung 385. Penyerapan Radiasi Gelombang Elektromagnet 39

D Faktor Penambahan (Build up Factor)F Tameng Berlapis Banyak ..........................................................G Interaksi Radiasi Neutron 44

1. Tumbukan Elastik 442. Tumbukan Tak-Elastik 453. Reaksi Inti (Penangkapan Neutron) 46

Latihan 47Rangkuman Bab IV. 47

BAB V SUMBER RADIASI 49A Sumber Radiasi Alam 49

1. Sumber Radiasi Kosmik 492. Sumber Radiasi Terestrial 503. Sumber Radiasi di dalam Tubuh 51

B Sumber Radiasi Buatan 511. Zat Radioaktif 512. Pesawat Sinar-X 533. Akselerator 564. Reaktor Nuklir 56

1

Latihan 57Rangkuman Bab V 58

.

2

FISIKA RADIASI DASAR

BAB IPENDAHULUAN

Modul ini berisi pengetahuan dasar tentang Fisika Radiasi yang menjadi

landasan bagi pengetahuan lain yang berhubungan dengan pemanfaatan dan

pengawasan tenaga nuklir, seperti aplikasi radiasi dan radioisotop, fisika

kesehatan, proteksi radiasi, dan sebagainya.

Dalam modul ini dibahas proses terjadinya radiasi dari atom atau inti atom

yang tidak stabil, peluruhan inti atom yang tidak stabil, interaksi radiasi bila

mengenai materi termasuk terjadinya reaksi inti, serta beberapa sumber radiasi

baik 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 peluruhan

inti atom, interaksi radiasi dengan materi, serta prinsip dari beberapa sumber

radiasi 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

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

BAB II

STRUKTUR DAN INTI ATOM

Radiasi pada dasarnya adalah suatu cara perambatan energi dari sumber energi

ke lingkungannya tanpa membutuhkan medium. Beberapa contohnya adalah

perambatan panas, perambatan cahaya, dan perambatan gelombang radio.

Radiasi yang akan dibahas di sini adalah radiasi yang berasal dari proses fisika

yang 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 H2O

terdiri atas dua buah atom hidrogen (dengan lambang H) dan sebuah atom

oksigen (dengan lambang O). Jadi, atom itu sendiri dapat didefinisikan sebagai

bagian terkecil dari suatu materi yang masih memiliki sifat dasar materi

tersebut. Atom mempunyai ukuran sekitar 10-10 m atau 1 angstrom (= 1 Å).

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 sebagai

nuklir ataupun nuklida merupakan bagian dari atom yang memiliki massa

terbesar (masif) dan berukuran sekitar 10-14 m atau 10-4 Å, sedangkan elektron

yang mempunyai massa sangat ringan bertebaran memenuhi ruangan atom.

Pada perkembangan selanjutnya ditemukan bahwa inti atom terdiri atas dua

jenis partikel yaitu proton dan neutron. Elektron merupakan partikel yang

mempunyai muatan listrik negatif sebesar 1,6 x 10-19 Coulomb dan

mempunyai massa sebesar 9,1 x 10-31 kg. Proton mempunyai muatan listrik

positif dan massa 1,67 x 10-27 kg. Sedangkan neutron mempunyai massa 1,675

x 10-27 kg dan tidak bermuatan listrik. Karena berhubungan dengan nilai

muatan dan massa yang sangat kecil, maka diperkenalkan suatu konstanta yang

disebut sebagai muatan elementer (e) sebesar 1,6 x 10-19 Coulomb dan massa

elementer yang sering dituliskan sebagai satuan massa atom (sma) sebesar 1,6

x 10-27 kg.

5

A. Struktur Atom

Pada prinsipnya struktur atom belum diketahui secara pasti, mengingat

sangat kompleksnya struktur tersebut. Namun demikian, banyak ahli telah

membuat model atruktur atom sesuai dengan pemahaman yang didasarkan

pada bukti-bukti pengamatan. Pemodelan struktur atom, sebenarnya

merupakan usaha pendekatan dalam rangka memudahkan pemahaman.

Model atom bervariasi mulai dari yang sederhana sampai dengan yang

kompleks (model atom Bohr, model atom Rutherford, dsb.).

Model atom Bohr merupakan model yang paling sering digunakan karena

sederhana tetapi dapat menjelaskan banyak hal. Model ini menggambarkan

bahwa atom terdiri atas inti atom, dan elektron-elektron yang mengelilingi

inti atom dengan lintasan-lintasan atau kulit-kulit tertentu (lihat Gambar

II.1).

Inti atom itu sendiri terdiri atas proton dan neutron. Jenis atom yang sama

mempunyai jumlah proton yang sama, sebaliknya atom yang berbeda

memiliki jumlah proton yang berbeda. Sebagai contoh, unsur hidrogen (H)

mempunyai sebuah proton, sedang unsur emas (Au) mempunyai 79 buah

proton. Sebagai suatu konvensi, setiap jenis atom diberi suatu nomor yang

disebut sebagai nomor atom berdasarkan jumlah proton yang dimilikinya.

Sebagai contoh, nomor atom dari unsur hidrogen adalah 1 sedang nomor

atom dari unsur emas adalah 79.

Gambar II.1. Model atom Bohr

Dipandang dari segi beratnya, massa suatu atom terkonsentrasi pada intinya,

karena massa elektron dapat "diabaikan" bila dibandingkan dengan massa

proton maupun neutron. Tetapi bila dipandang dari segi muatan listriknya,

muatan atom ditentukan oleh jumlah proton dan jumlah elektronnya. Bila

jumlah proton dan jumlah elektron di dalam suatu atom sama, maka muatan

atom tersebut nol sehingga dinamakan atom netral, sedangkan bila

6

ElektronLintasan Elektron

Inti Atom

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 n2).

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 lintasan

dalam ke luar (kanan)

Energi radiasi sinar-X (Ex) yang dipancarkan dalam proses transisi elektron

ini adalah sama dengan selisih tingkat energi dari lintasan asal (Ea) dan

lintasan tujuan (Et).

Ex = Ea- Et

7Kulit K

Kulit L

Elektron

Inti Atom

Sinar-X karakteristik

Kulit K

Kulit L

Elektron

Inti Atom

Energi Eksternal

Sebaliknya, energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya proses transisi

elektron dari kulit yang lebih dalam ke kulit yang lebih luar harus lebih

besar dari pada selisih tingkat energi dari lintasan asal dan lintasan tujuan.

Proses ini disebut sebagai proses eksitasi, yang akan dibahas lebih lanjut

pada Bab IV.

Proses transisi elektron tidak hanya terjadi pada lintasan-lintasan yang

berurutan, mungkin saja terjadi transisi dari lintasan M ke lintasan K dengan

memancarkan radiasi sinar-X. Energi yang dipancarkan oleh transisi

elektron dari lintasan M ke lintasan K lebih besar daripada transisi dari

lintasan L ke lintasan K. Tingkat energi lintasan dari setiap atom tidak sama.

Sebagai contoh, energi sinar-X yang dipancarkan oleh transisi elektron di

dalam atom perak (Ag) akan berbeda dengan energi yang dipancarkan oleh

transisi elektron dalam atom tungsten (W).

B. Inti Atom

Sebagaimana telah dibahas sebelumnya, inti atom atau nuklir terdiri alas

proton dan neutron yang disebut sebagai nukleon (partikel penyusun inti

atom). Jumlah proton dan jumlah neutron di dalam inti atom tidak selalu

sama, oleh karena itu suatu unsur (jenis atom) yang sama mungkin saja

terdiri alas inti atom yang berbeda, yaitu bila jumlah protonnya sama tetapi

jumlah neutronnya berbeda.

1. Identifikasi Inti Atom (Nuklida)

Nuklida adalah istilah lain yang digunakan untuk menyatakan suatu jenis

inti atom. Nuklida atau jenis inti atom yang ada di alam ini jauh lebih

banyak daripada unsur karena unsur yang sama mungkin saja terdiri atas

nuklida yang berbeda. Unsur dituliskan dengan lambang atomnya,

misalnya unsur emas adalah Au dan unsur besi adalah Fe. Sedangkan

penulisan suatu nuklida atau jenis inti atom harus diikuti dengan jumlah

8

neutronnya sebagaimana konvensi penulisan sebagai berikut.

zxA

X adalah simbol atom, Z adalah nomor atom yang menunjukkan jumlah

proton di dalam inti atom, sedang A adalah nomor massa yang

menunjukkan jumlah nukleon (jumlah proton + jumlah neutron).

Meskipun tidak dituliskan pada simbol nuklida, jumlah neutron dapat

dituliskan sebagai N dengan hubungan

N = A - Z

Sebagai contoh nuklida 2He4 inti atom helium (He) yang mempunyai dua

buah proton (Z = 2) dan dua buah neutron (N = A – Z = 2).

Cara penulisan nuklida tersebut di atas merupakan konvensi atau

kesepakatan saja dan bukan suatu ketentuan sehingga masih terdapat

beberapa cara penulisan yang berbeda. Salah satu cara penulisan lain

yang paling sering dijumpai adalah tanpa menuliskan nomor atomnya

seperti berikut ini.

xA atau X-A

Contoh: nuklida He4 atau He-4 dan Co60 atau Co-60. Nomor atom tidak

dituliskan karena dapat diketahui dari jenis atomnya. Setiap atom yang

berbeda akan memiliki jumlah proton yang berbeda sehingga nomor

atomnya pun berbeda.

Berkaitan dengan komposisi jumlah proton dan jumlah neutron di dalam

inti atom, terdapat beberapa istilah yang yaitu: isotop, isobar, isoton dan

isomer.

Isotop adalah nuklida-nuklida yang mempunyai nomor atom (jumlah

proton) sama, tetapi mempunyai nomor massa (jumlah neutron) berbeda.

Jadi, setiap unsur mungkin saja terdiri atas beberapa jenis nuklida yang

sama. Sebagai contoh adalah isotop hidrogen sebagai berikut: 1H1 , 1H2 ,

1H3.

9

Gambar II.3 Isotop Hidrogen

Isobar adalah nuklida-nuklida yang mempunyai nomor massa (jumlah

proton + jumlah neutron) sama, tetapi mempunyai nomor atom (jumlah

proton) berbeda. Contoh:

6C16 dan 8O16

Isoton adalah nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah neutron sama,

tetapi mempunyai nomor atom dan jumlah proton berbeda. Contoh:

6C14 ; 7N15 dan 8O16

Isomer adalah nuklida-nuklida yang mempunyai nomor atom maupun

nomor massa sama, tetapi mempunyai tingkat energi yang berbeda. Inti

atom yang memiliki tingkat energi lebih tinggi daripada tingkat energi

dasamya biasanya diberi tanda asterisk (*) atau m.

28Ni60 dan 28Ni60* atau 28Ni60m

Kedua nuklida tersebut di atas mempunyai jumlah proton dan jumlah

neutron yang sama tetapi tingkat energinya berbeda. Tingkat energi Ni60

berada pada keadaan dasarnya sedang Ni60* tidak pada keadaan dasarnya

atau pada keadaan tereksitasi (excited-state).

2. Kestabilan Inti Atom

Komposisi jumlah proton dan neutron di dalam inti atom sangat

mempengaruhi kestabilan inti atom tersebut. Inti atom dikatakan stabil

bila komposisi jumlah proton dan neutronnya sudah "seimbang" serta

tingkat energinya sudah berada pada keadaan dasar. Sedangkan inti atom

10

Elektron

1H1

Hidrogen

Neutron

Proton

1H2

Deuterium1H3

Tritium

dikatakan tidak stabil bila komposisi jumlah proton dan neutronnya

"tidak seimbang" atau tingkat energinya tidak berada pada keadaan dasar.

Gambar II.4. Hubungan antara jumlah neutron dan jumlah proton

Gambar II.4 di atas menunjukkan posisi (koordinat dari jumlah proton

dan jumlah neutron) dari nuklida yang stabil. Bila posisi suatu nuklida

tidak berada pada posisi sebagaimana kurva kestabilan maka nuklida

tersebut tidak stabil. Secara umum, kestabilan inti-inti ringan terjadi bila

jumlah protonnya sama dengan jumlah neutronnya, terlihat bahwa posisi

nuklida berhimpit dengan garis N = Z, sedang kestabilan inti-inti berat

terjadi bila jumlah neutron mendekati 1,5 kali jumlah protonnya.

Isotop yang tidak stabil disebut sebagai radioisotop. Radioisotop dan

radionuklida adalah istilah yang sama, yaitu menunjukkan inti-inti atom

yang tidak stabil. Sedangkan bahan yang terdiri atas radionuklida dengan

jumlah cukup banyak disebut bahan radioaktif.

Proses perubahan atau transformasi inti atom yang tidak stabil menjadi

atom yang stabil tersebut dinamakan peluruhan radioaktif. Proses

peluruhan radioaktif seringkali harus melalui beberapa tingkatan

intermediet (antara) sebelum menjadi inti atom yang stabil. Peluruhan

seperti ini dinamakan peluruhan berantai.

1. Sebutkan muatan dan massa dari partikel-partikel elementer penyusun atom.

2. Jelaskan prinsip dasar struktur atom Bohr

3. Jelaskan maksud dari atom yang tidak netral (ion) dan atom yg tidak stabil

4. Jelaskan proses terjadinya sinar-X karakteristik

5. Tentukan jumlah proton dan neutron dari nuklida 19K40 dan 92U235 . Kemudian

hitung muatan dan massa dari nuklida 2He4 .

11

Jumlah proton (Z)

Jumlah neutron (N)

N = Z

Isotop radioaktif alam

0

LATIHAN

6. Tentukan pasangan nuklida di bawah ini yang merupakan isotop, isobar,

isoton dan isomer.

27Co60 dan 27Co60 * ; 27Co60 dan 27Co59 ; 27Co60 dan 28Ni60 ; 27Co60 dan 28Ni61

7. Jelaskan, mengapa suatu inti atom dikatakan tidak stabil.

8. Jelaskan, apa yang dimaksud dengan peluruhan radioaktif.

Jawaban

1. Lihat Tabel II.1

2. Struktur atom Bohr menyatakan atom terdiri dari inti atom yang berisi

proton dan neutron, serta elektron yang mengitari inti pada lintasannya

masing-masing.

3. Atom tidak netral (ion) adalah atom yang memiliki proton dan elektron

dengan jumlah berbeda.

Atom dikatakan tidak stabil bila lintasan elektron yang lebih dalam belum

terisi penuh tapi lintasan yang lebih luar sudah berisi elektron.

4. Radiasi sinar-X karakteristik terjadi pada saat elektron berpindah (transisi)

dari lintasan yg lebih luar ke lintasan yang lebih dalam.

5. 19K40 : jumlah proton = 19; jumlah neutron = 21

92U235 : jumlah proton = 92; jumlah neutron = 143

2He4 : muatan nuklida = 2 x 1,6 x 10-19 C = 3,2 x 10-19 C

massa nuklida = 4 x 1,67 x 10-27 C = 6,68 x 10-27 kg

6. Isomer, isotop, isobar, isoton

7. Inti dikatakan tidak stabil apabila komposisi proton dan neutronnya "tidak

seimbang" atau tingkat energinya tidak berada pada keadaan dasar, lihat

tabel nuklida.

8. Peluruhan radioaktif adalah proses transformasi inti atom yang tidak stabil

menjadi inti atom yang lebih stabil.

1. Atom adalah bagian terkecil dari suatu materi yang masih memiliki sifat

materi tersebut.

12

RANGKUMAN BAB II

2. Atom terdiri atas inti atom (berisi proton dan neutron) serta elektron yang

mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu.

3. Muatan dan massa dari elektron, proton dan neutron adalah sebagaimana

tabel berikut: Tabel II.1 Harga muatan dan massa dari partikel elementer

Partikel Muatan Listrik MassaCoulomb Elementer Kg sma

Elektron - 1,6 x 10-19 -1 9,1 x 10-31 0

Proton + 1,6 x 10-19 +1 1,67 x 10-27 1

Neutron 0 0 1, 67 X 10-27 1

4. Transisi elektron dari lintasan yang lebih luar ke lintasan yang lebih dalam

akan memancarkan radiasi sinar-X karakteristik. Sebaliknya, transisi

elektron dari lintasan yang lebih dalam ke lintasan yang lebih luar akan

membutuhkan energi eksternal.

5. Penulisan nuklida adalah ZXA dengan X adalah simbol atom, Z adalah

nomor atom (jumlah proton), A adalah nomor massa (jumlah proton

ditambah jumlah neutron).

6. Isotop adalah inti-inti atom yang mempunyai nomor atom sama tetapi

mempunyai nomor massa berbeda.

7. Isobar adalah inti-inti atom yang mempunyai nomor massa sama tetapi

mempunyai nomor atom berbeda.

8. Isoton adalah inti-inti atom atau nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah

neutron sama tetapi mempunyai nomor atom berbeda.

9. Isomer adalah inti-inti atom yang mempunyai nomor atom maupun nomor

massa sama tetapi mempunyai tingkat energi yang berbeda.

10. Peluruhan radioaktif adalah perubahan inti atom yang tidak stabil menjadi

inti atom yang stabil. Inti atom yang tidak stabil dapat disebut sebagai

radionuklida atau radioisotop. Bahan yang terdiri atas inti atom yang tidak

stabil dengan jumlah yang cukup banyak disebut bahan radioaktif.

13

BAB III

PELURUHAN RADIOAKTIF

Inti atom yang tidak stabil secara spontan akan berubah menjadi inti atom yang

lebih stabil. Proses perubahan tersebut dinamakan peluruhan radioaktif

(radioactive decay). Dalam setiap proses peluruhan akan dipancarkan radiasi.

Bila ketidakstabilan inti disebabkan karena komposisi jumlah proton dan

neutronnya yang tidak seimbang, maka inti tersebut akan berubah dengan

memancarkan radiasi alfa (α) atau radiasi beta (β). Sedangkan bila

ketidakstabilannya disebabkan karena tingkat energinya yang tidak berada pada

keadaan dasar, maka akan berubah dengan memancarkan radiasi gamma (γ).

A. Jenis Peluruhan

Terdapat tiga jenis peluruhan radioaktif secara spontan yaitu peluruhan alfa

(α), peluruhan beta (β), dan peluruhan gamma (γ). Jenis peluruhan atau jenis

radiasi yang dipancarkan dari suatu proses peluruhan ditentukan dari posisi

inti atom yang tidak stabil tersebut dalam diagram N-Z.

1. Peluruhan Alfa (α)

Peluruhan alfa dominan terjadi pada inti-inti tidak stabil yang relatif berat

(nomor atom lebih besar dari 80). Dalam peluruhan ini akan dipancarkan

partikel alfa (α) yaitu suatu partikel yang terdiri atas dua proton dan dua

neutron, yang berarti mempunyai massa 4 sma dan muatan 2 muatan

elementer positif. Partikel α secara simbolik dinyatakan dengan simbol

2He4.

Radionuklida yang mengalami peluruhan akan kehilangan dua proton

dan dua neutron serta membentuk nuklida baru. Peristiwa peluruhan α ini

dapat dituliskan secara simbolik melalui reaksi inti sebagai berikut:

14

ZXA → Z-2YA-4 + α

Contoh peluruhan partikel Alfa yang terjadi di alam adalah:

92U238 → 90Th234+ α

Sifat Radiasi Alfa

a. Daya ionisasi partikel alfa sangat besar, kurang lebih 100 kali daya

ionisasi partikel β dan 10.000 kali daya ionisasi sinar γ.

b. Jarak jangkauan (tembus) nya sangat pendek, hanya beberapa mm

udara, bergantung pada energinya.

c. Partikel α akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau medan

listrik.

d. Kecepatan partikel α bervariasi antara 1/100 hingga 1/10 kecepatan

cahaya.

2. Peluruhan Beta (β)

Peluruhan beta terjadi pada inti tidak stabil yang relatif ringan. Dalam

peluruhan ini akan dipancarkan partikel beta yang mungkin bermuatan

negatif (β-) atau bermuatan positif (β+). Partikel β- identik dengan

elektron sedangkan partikel β+ identik dengan elektron yang bermuatan

positif (positron). Pada diagram N-Z, peluruhan β- terjadi bila nuklida

tidak stabil berada di atas kurva kestabilan sedangkan peluruhan β+

terjadi bila nuklidanya berada di bawah kurva kestabilan.

Dalam proses peluruhan β- terjadi perubahan neutron menjadi proton di

dalam inti atom sehingga proses peluruhan ini dapat dituliskan sebagai

persamaan inti berikut.

ZXA → Z+1YA + β- + ν

Contoh:

15P32 → 16S32 + β- + ν

15

Sedangkan dalam proses peluruhan β+ terjadi perubahan proton menjadi

neutron di dalam inti atom sehingga proses peluruhan ini dapat dituliskan

sebagai persamaan inti berikut.

ZXA → Z-1YA + β+ + ν-

Contoh:

8O15 → 7N15 + β+ + ν-

Neutrino (ν+) dan antineutrino (ν-) adalah partikel yg tidak bermassa

tetapi berenergi yg selalu mengiringi peluruhan β.

Sifat Radiasi Beta

a. Daya ionisasinya di udara 1/100 kali dari partikel α

b. Jarak jangkauannya lebih jauh daripada partikel α, di udara dapat

beberapa cm.

c. Kecepatan partikel β berkisar antara 1/100 hingga 99/100 kecepatan

cahaya.

d. Karena sangat ringan, maka partikel β mudah sekali dihamburkan

jika melewati medium.

e. Partikel β akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau medan

listrik.

3. Peluruhan Gamma (γ)

Berbeda dengan dua jenis peluruhan sebelumnya, peluruhan gamma tidak

menyebabkan perubahan nomor atom maupun nomor massa, karena

radiasi yang dipancarkan dalam peluruhan ini berupa gelombang

elektromagnetik (foton). Peluruhap ini dapat terjadi bila energi inti atom

tidak berada pada keadaan dasar (ground state), atau pada bab

sebelumnya dikatakan sebagai inti atom yang isomer. Peluruhan ini dapat

terjadi pada inti berat maupun ringan, di atas maupun di bawah kurva

kestabilan. Biasanya, peluruhan γ ini mengikuti peluruhan α ataupun β.

16

Peluruhan γ dapat dituliskan sebagai berikut.

ZXA∗ → ZXA + γ

Salah satu contoh peluruhan gamma yang mengikuti peluruhan β

27Co60 → 28Ni60∗ + β-

28Ni60∗ → 28Ni60 + γ

Sifat Radiasi Gamma

a. Sinar y dipancarkan oleh nuklida tereksitasi (isomer) dengan panjang

gelombang antara 0,005 Å hingga 0,5 Å

b. Daya ionisasinya di dalam medium sangat kecil sehingga daya

tembusnya sangat besar bila dibandingkan dengan daya tembus

partikel α atau β

c. Karena tidak bermuatan, sinar γ tidak dibelokkan oleh medan listrik

maupun medan magnit

B. Aktivitas Radiasi

Sebagaimana telah dibahas pada bab sebelumnya bahwa inti yang tidak

stabil akan berubah menjadi stabil dengan memancarkan radiasi (proses

peluruhan). Laju peluruhan - jumlah proses peluruhan per satuan waktu (∆

N/∆t) - sebanding dengan jumlah inti yang tidak stabil (N) dan suatu

konstanta yang disebut sebagai konstanta peluruhan (γ).

NtN ⋅=

∆∆ λ

(III-1)

Aktivitas radiasi didefinisikan sebagai jumlah peluruhan yang terjadi

dalam satu detik, atau dengan kata lain adalah laju peluruhan itu sendiri.

tA ⋅= λ (III-2)

Dari dua persamaan di atas, secara matematis akan diperoleh persamaan

yang disebut sebagai hukum peluruhan yaitu:

17

teNN ⋅−⋅= λ0 (III-3)

N adalah jumlah inti atom yang tidak stabil saat ini, N0 adalah jumlah inti

atom yang tidak stabil saat mula-mula, λ adalah konstanta peluruhan

sedangkan t adalah selang waktu antara saat mula-mula sampai saat ini.

Persamaan di atas dapat diubah menjadi bentuk aktivitas sebagai berikut.

t

eAA⋅−

⋅=λ

0 (III -4)

di mana A adalah aktivitas pada saat t, sedangkan A0 adalah aktivitas mula-

mula. Persamaan III-4 di atas dapat digambarkan dalam grafik eksponensial

yang menunjukkan hubungan antara aktivitas radioaktif terhadap waktu

(Gambar III-2).

Gambar III-2. Aktivitas radioaktif sebagai fungsi waktu

Satuan Aktivitas

Sejak tahun 1976 dalam sistem satuan intemasional (SI) aktivitas radiasi

dinyatakan dalam satuan Beqcuerel (Bq) yang didefinisikan sebagai:

1 Bq = 1 peluruhan per detik

Sebelum itu digunakan satuan Curie (Ci) untuk menyatakan aktivitas radiasi

yang didefinisikan sebagai:

1 Ci = 3,7 x 1010 peluruhan per detik

dan satuan-satuan berkaitan yang lebih kecil yaitu mili Curie (mCi) dan micro

Curie (µCi),

1 mCi = 10-3 Ci

1 µCi = 10-6 Ci

C. Waktu Paro

Waktu paro (T1/2) didefinisikan sebagai selang waktu yang dibutuhkan agar

aktivitas suatu radioaktif menjadi separuhnya setiap radionuklida

18

Aktivitas awal (Ao)

Waktu

Aktivitas (A)

mempunyai waktu paro yang unik dan tetap. Sebagai contoh, Co-60

mempunyai waktu paro 5,27 tahun dan Ir-192 adalah 74 hari.

Gambar III-3: Hubungan antara aktivitas radioaktif dan waktu paro

Nilai waktu paro suatu radionuklida dapat ditentukan dengan persamaan

berikut ini.

λ693,0

2/1 =T (III-5)

Konsep waktu paro ini sangat bermanfaat untuk menghitung aktivitas suatu

radionuklida dibandingkan bila harus menggunakan persamaan matematis

(III-4). Bila selang waktunya sama dengan satu kali T1/2 maka aktivitasnya

tinggal 0,5 nya, sedang kalau dua kali T1/2 , maka aktivitasnya tinggal 0,25

nya, dan seterusnya. Dapat juga menggunakan hubungan berikut ini.

( )

21

021

Ttn

AA n

=

⋅= (III-6)

t adalah selang waktu antara saat mula-mula sampai saat pengukuran,

sedangkan 21T adalah waktu paro radionuklida.

1. Sumber Ir-192 mempunyai aktivitas 100 MBq pada tanggal 1 Januari

1999. Berapa aktivitasnya pada tanggal 28 Mei 1999 jika 1r-192

mempunyai waktu paro 21T = 74 hari?

Jawab:

Selang waktu t = 1 Januari - 28 Mei 1999 = 148 hari

( )MBq

MBqA

n

25100

274/1482

21

=⋅=

==

19

Aktivitas awal (Ao)

Waktu (t)

Aktivitas (A)

T½ 2T½

½ Ao

¼ Ao

CONTOH SOAL

Jadi aktivitas Ir-192 pada tanggal 28 Mei ‘99 adalah 25 MBq.

2. Suatu bahan radioaktif mempunyai aktivitas 100 MBq pada pukul 08.00

WIB Sedangkan pada pukul 14.00 WIB aktivitasnya tinggal 25 MBq.

Berapa waktu paro 21T bahan radioaktif tersebut?

Jawab:

Ao = 100 MBq, A(t) = 25 MBq, dan waktu t = 6 jam.

Setelah 6 jam aktivitasnya tinggal 25 / 100 = 41 kali yang berarti telah

mencapai 2 kali 21T .

2 x 21T = 6 Jam, maka 2

1T = 3 jam.

20

D. Aktivitas Jenis

Aktivitas jenis radioaktif (Asp) didefinisikan sebagai aktivitas dari satu gram

zat radioaktif tersebut, biasanya dinyatakan dalam satuan Ci/gram. Makin

pendek waktu paro unsur radioaktif, makin besar aktivitas jenisnya.

spsp NA ×= λ (III-7)

ANsp

231002,6 ×= (III-8)

Asp adalah jumlah atom dalam satu gram zat radioaktif, sedang A adalah

nomor massanya.

CONTOH SOAL

Aktivitas jenis Ra-226 yang mempunyai waktu paro 1620 tahun adalah:

gramCiA

A

sp

sp

/97,0226

1002,63600243651620

693,0 23

=

×⋅×××

=

E. Skema Peluruhan

Proses peluruhan suatu radionuklida dari keadaan tidak stabil menjadi stabil

ternyata menempuh tahapan tertentu yang dapat digambarkan dalam suatu

skema peluruhan. Gambar berikut ini menunjukkan dua contoh yaitu skema

peluruhan Cs-137 dan Co-60.

Gambar III.4. Skema Peluruhan Cs-137 dan Co-60

Terlihat dari skema peluruhan di atas bahwa dalam perjalanannya menuju

stabil Cs-137 memancarkan 2 jenis radiasi β- dan sebuah radiasi γ,

21

55Cs137

56Ba137

(T ½ = 30 tahun)

0,6616 MeV

0,0 MeV

γ (85%)

β1 (95%)

β2 (5%)

27Co60

28Ni60 (stabil)

(T ½ = 5,26 tahun)

2,5057 MeV

1,3325 MeV

γ1

β1 (99%)

β2 (5%)

γ2

0,0 MeV

sedangkan Co-60 memancarkan 2 jenis radiasi β- dan 2 jenis radiasi γ. Dari

skema peluruhan tersebut juga dapat diketahui tingkat energi dari setiap

radiasi yang dipancarkan maupun probabilitas jumlah (kuantitas)

pancarannya.

LATIHAN

1. Tiga jenis peluruhan secara spontan dari suatu nuklida adalah sebagai

berikut, kecuali

a. alfa b. Beta c. gamma d. neutron

2. Suatu radionuklida ZPA memancarkan radiasi α, maka reaksi inti pada

proses tersebut:

a. α+→ +A

ZA

Z Pp 2

b. α+→ +−

42

AZ

AZ Pp

c. α+→ −−

42

AZ

AZ Pp

d. 42

++→+ A

ZA

Z Pp α3. Setiap radionuklida mempunyai :

a. waktu paro yang unik

b. waktu paro dan aktivitas yang sama

c. waktu paro dan spektrum energi yang unik

d. tidak ada jawaban yang benar

4. Yang dimaksud dengan waktu paro (half life) adalah:

a. waktu yang diperlukan agar aktivitas zat radioaktif bertambah

separonya

b. waktu yang diperlukan aktivitas zat radioaktif bertambah menjadi dua

kalinya

c. waktu yang diperlukan aktivitas zat radioaktif berkurang menjadi

separonya

d. waktu yang diperlukan untuk menurunkan aktivitas radiasi

5. Suatu zat radioaktif dengan waktu paro pendek akan menyebabkan:

a. konstanta peluruhannya besar dan lambat meluruhnya

b. konstanta peluruhannya kecil dan cepat meluruhnya

c. konstanta peluruhannya tetap dan aktivitasnya tetap

d. konstanta peluruhannya besar serta lebih cepat meluruhnya

22

6. Waktu paro Au-198 adalah 2,70 hari. Kalau aktivitas awal 35 curie,

berapakah aktivitasnya setelah 8,1 hari kemudian dinyatakan dalam persen?

a. 7,5 % b. 12,5% c. 15% d.8%

7. Pengukuran aktivitas radiasi dua sumber radiasi sesuai data dibawah ini:

Waktu Aktivitas Sumber A Aktivitas S umber B

Senin, jam 8.00 300 Ci 200 CiKamis, jam 8.00 150 Ci 25 Ci

Selisih waktu paro kedua sumber radiasi tersebut:

a. 1 hari b. 2 hari c. 3 hari d. 4 hari

8. Berapakah jumlah radiasi gamma dengan energi 1,332 Mev yang akan

dipancarkan per detik oleh nuklida Co-60 dengan aktivitas 10.000 Bq?

a. 1,99 x 10.000

b. 0,99 x 10.000

c. 10.000

d. 0,01 x 10.000

9. Apa yang dimaksud dengan daya ionisasi suatu partikel?

10. Berapakah muatan listrik untuk partikel α, partikel β dan foton γ?

11. Mengapa radiasi α dan β dibelokkan oleh medan magnet?

12. Sebutkan 3 sifat radiasi α, β dan γ!

Jawaban:

l. d 2. c 3. c 4. c

5. d 6. b 7. b 8. b9. Kemampuan suatu partikel untuk mengionisasi atom yang dilewatinya.

10. - muatan listrik partikel α = +2

- muatan listrik partikel β = -1 atau + 1

- muatan foton γ = 0

11. Karena radiasi α dan β bermuatan listrik

12. Sifat radiasi α:

- Daya ionisasi lebih besar dari daya ionisasi α dan γ. Partikel α

merupakan inti Helium

- Daya tembusnya lebih kecil dari radiasi β dan γ.

Sifat radiasi β:

23

- Daya ionisasinya lebih kecil dari sinar α tetapi lebih besar dari sinar γ

- Daya tembusnya lebih besar dari sinar α tetapi lebih kecil dari sinar γ

- Mudah dihamburkan jika melewati medium

Sifat radiasi γ:

- Daya ionisasinya lebih kecil dari sinar β

- Daya tembusnya lebih besar

- Merupakan radiasi gelombang elektromagnetik

24

1. Dikenal tiga jenis peluruhan spontan yaitu peluruhan alfa, peluruhan beta,

dan peluruhan gamma.

2. Dalam peluruhan α akan dipancarkan partikel α yang identik dengan inti

atom Helium, bermuatan dua positif dan bermassa 4 sma. Nuklida yang

meluruh akan kehilangan dua proton dan dua neutron, sehingga membentuk

nuklida baru.

3. Dalam peluruhan β, terjadi perubahan neutron menjadi proton di dalam

nuklida yang meluruh sehingga berubah menjadi nuklida baru.

Sebaliknya dalam peluruhan β+, terjadi perubahan proton menjadi neutron.

Partikel β identik dengan elektron sedang β+ identik dengan positron

(elektron yang bermuatan positif).

4. Peluruhan gamma terjadi pada nuklida yang dalam keadaan tereksitasi

(isomer). Nuklida yang mengalami peluruhan gamma tidak berubah

menjadi nuklida baru.

5. Radiasi yang dipancarkan dalam peluruhan spontan berupa partikel

bermuatan seperti partikel α dan β atau gelombang elektromagnetik seperti

sinar γ.

6. Radionuklida meluruh mengikuti persamaan eksponensial berikutteAA ⋅−⋅= λ

0

7. Waktu paro dapat digunakan untuk menentukan laju peluruhan (aktivitas)

suatu zat radioaktif. Waktu paro merupakan waktu yang diperlukan

sehingga jumlah inti atom yang tidak stabil (atau aktivitas) berkurang

menjadi separuhnya.

25

RANGKUMAN BAB III

BAB IV

INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI

Pada bagian ini akan dibahas interaksi yang terjadi antara radiasi dengan materi

yang dilaluinya. Secara umum interaksi radiasi dapat dibedakan atas tiga jenis

radiasi yaitu radiasi partikel bermuatan, seperti radiasi α dan β radiasi partikel

tidak bermuatan yaitu radiasi neutron; dan radiasi gelombang elektromagnetik,

seperti radiasi γ dan sinar-X.

A. Interaksi Partikel Alfa

Dibandingkan dengan radiasi yang lain, partikel α secara fisik maupun

elektrik relatif besar. Selama melintas di dalam bahan penyerap, partikel α

ini sangat mempengaruhi elektron-elektron orbit dari atom-atom bahan

penyerap karena, adanya gaya Coulomb. Oleh karena itu, radiasi α sangat

mudah diserap di dalam materi atau daya tembusnya sangat pendek. Radiasi

α yang mempunyai energi 3,5 MeV hanya dapat menembus 20 mm udara

atau hanya dapat menembus 0,03 mm jaringan tubuh.

lnteraksi radiasi α dengan materi yang dominan adalah proses ionisasi dan

eksitasi. lnteraksi lainnya dengan probabilitas jauh lebih kecil adalah reaksi

inti, yaitu perubahan inti atom materi yang dilaluinya menjadi inti atom

yang lain, biasanya berubah menjadi inti atom yang tidak stabil.

1. Proses Ionisasi

Ketika radiasi α (bermuatan positif) melalui materi maka terdapat

beberapa elektron (bermuatan negatif) yang akan terlepas dari orbitnya

karena adanya gaya tarik Coulomb. Proses terlepasnya elektron dari

suatu atom dinamakan sebagai proses ionisasi.

Gambar IV.1: Proses ionisasi

26

Elektron lepas

Lintasan elektron

Elektron

Inti Radiasi, E

i

Radiasi, E0

Energi radiasi setelah melakukan sebuah proses ionisasi (E0) akan lebih

kecil dibandingkan dengan energi mula-mula (Ei), berkurang sebesar

energi yang dibutuhkan untuk melangsungkan proses ionisasi. Setelah

terjadi ionisasi maka atomnya akan bermuatan positif dan disebut sebagai

ion positif. Setelah melalui beberapa kali (beribu-ribu) proses ionisasi,

maka energi radiasinya akan habis.

2. Proses Eksitasi

Proses ini mirip dengan proses ionisasi, perbedaannya dalam proses

eksitasi, elektron tidak sampai lepas dari atomnya hanya berpindah ke

lintasan yang lebih luar.Gambar IV.2. Proses eksitasi

Sebagaimana proses ionisasi, energi radiasi setelah melakukan proses

eksitasi (E0) juga berkurang sebesar energi yang dibutuhkan untuk

melangsungkan proses eksitasi. Energi yang dibutuhkan untuk

melakukan eksitasi tidak sebesar energi yang dibutuhkan untuk

mengionisasi. Setelah melakukan beberapa kali (beribu-ribu) proses

eksitasi, maka energi radiasinya akan habis.

Proses eksitasi ini selalu diikuti oleh proses de-eksitasi yaitu proses

transisi elektron dari kulit yang lebih luar ke kulit yang lebih dalam

dengan memancarkan radiasi sinar-X karakteristik.

B. Interaksi Partikel Beta

Dibandingkan dengan partikel alfa, massa dan muatan partikel beta lebih

kecil sehingga kurang diserap oleh materi atau daya tembusnya lebih besar.

Partikel beta dengan energi sebesar 3,5 MeV dapat melintas di udara sejauh

11 meter atau dapat mencapai jarak sekitar 15 mm) di dalam jaringan tubuh.

Interaksi radiasi β dengan materi adalah proses ionisasi dan eksitasi

27

Lintasan elektron

Elektron

Inti Atom

Partikel β

Sinar-X Bremstrahlung

Lintasan elektron

Elektron

Inti

Radiasi, E1

Radiasi, E0

Elektron pindah

sebagaimana radiasi α, serta proses bremstrahlung, yaitu pemancaran radiasi

gelombang elektromagnetik (sinar-X kontinyu) ketika radiasi β, dibelokkan

atau diperlambat oleh inti atom yang bermuatan positif. Ukuran partikel β

jauh lebih kecil dan kecepatannya jauh lebih tinggi dibandingkan dengan

partikel α sehingga partikel β dapat "masuk" mendekati inti atom.

Gambar IV.3. Proses terbentuknya Sinar-X bremstrahlung

Fraksi energi (f) dari sinar-X bremstrahlung yang dihasilkan dapat

ditentukan menggunakan persamaan empiris berikut ini.

maksEZxf ⋅⋅= −4105,3 (IV-1)

dengan Z adalah nomor atom bahan penyerap sedangkan Emaks adalah energi

maksimum dari partikel beta (dalam Me V).

Dari persamaan (IV -1) di atas dapat disimpulkan bahwa:

1. Energi partikel β yang lebih besar akan menghasilkan radiasi

bremstrahlung yang lebih besar.

2. Semakin besar nomor atom bahan penyerap (semakin berat) akan

menghasilkan radiasi sinar-X yang lebih besar pula.

1. Sebutkan nama dari masing-masing proses di bawah ini.

1. Sebutkan interaksi yang terjadi di bawah ini:

- Proses terlepasnya elektron dari atomnya.

- Proses transisi elektron ke orbit yang lebih tinggi.

- Proses transisi elektron ke orbit yang lebih rendah.

- Proses terbentuknya sinar-X karena partikel β dibelokkan oleh inti

atom.

2. Tentukan fraksi energi dari sinar-X bremstrahlung yang dihasilkan oleh

radiasi β dari P-32 (Emaks = 1,7 MeV) ketika mengenai timah hitam (Z =

82).

Jawaban:

28

LATIHAN

1. Ionisasi; eksitasi; de-eksitasi; bremstrahlung.

2. 7 %.

C. Interaksi Sinar Gamma dan Sinar-X

Sinar γ dan sinar-X merupakan radiasi gelombang elektromagnetik yang

berarti tidak mempunyai massa maupun muatan listrik. Oleh karena itu,

sinar γ dan sinar-X sangat sulit untuk diserap oleh materi, atau daya

tembusnya sangat besar. Proses interaksi antara sinar γ dan sinar-X dengan

materi adalah efek fotolistrik, efek Compton dan produksi pasangan.

Probabilitas terjadinya antara tiga proses tersebut sangat ditentukan oleh

energi radiasi dan jenis materi (nomor atom) penyerapnya.

Gambar IV-4: Probabilitas interaksi atom dengan materi

1. Efek Fotolistrik

Pada efek fotolistrik, enegi foton diserap oleh elektron orbit, sehingga

elektron tersebut terlepas dari atom. Elektron yang dilepaskan dalam

proses ini, disebut fotoelektron, mempunyai energi sebesar energi foton

yang mengenainya.

Efek fotolistrik sangat dominan terjadi bila foton berenergi rendah di

bawah 0,5 Me V dan lebih banyak terjadi pada material dengan Z yang

besar. Sebagai contoh efek fotolistrik lebih banyak terjadi pada timah

hitam (Z=82) daripada tembaga (Z=29).

29

Lintasan elektron

Elektron

Inti Atom

Fotoelektron(berenergi)Gelombang

Elektromagnet

Energi Foton (MeV)

Nomor Atom

Efek Fotolistrik dominan

Efek Compton dominan

Produksi Pasangan dominan

100

50

1 10 10000

0,1

Gambar IV-5: Efek Fotolistrik

2. Hamburan Compton

Gambar IV-6: Hamburan Compton

Pada hamburan Compton, foton dengan energi hνi bertumbukan dengan

elektron terluar dari atom, selanjutnya foton dengan energi hν0

dihamburkan dan sebuah fotoelektron lepas dari ikatannya. Energi

kinetik elektron (Ee) sebesar selisih energi foton masuk dan foton keluar.

0hvhvE ie −= (IV -2)

Hamburan Compton sangat dominan terjadi bila foton berenergi sedang

(di atas 0,5 MeV) dan lebih banyak terjadi pada material dengan Z yang

rendah.

30

Elektron

Lintasan elektron Inti Atom

Fotoelektron(berenergi)

Gelombang Elektromagnet, E

i=hν

i

Eo=hν

o

3. Produksi Pasangan

Proses produksi pasangan hanya terjadi bila energi foton datang hνi lebih

besar dari 1,02 MeV. Ketika foton "sampai" ke dekat inti atom maka

foton tersebut akan lenyap dan berubah menjadi sepasang elektron-

positron. Positron adalah partikel yang identik dengan elektron tetapi

bermuatan positif. Energi kinetik total dari dua partikel tersebut sama

dengan energi foton yang datang dikurangi 1,02 MeV.

MevhvEE iee 02.1−=+ −+ (IV -3)

Ee+ adalah energi kinetik positron dan Ee- energi kinetik elektron.

Gambar IV.7. Produksi Pasangan

4. Ionisasi Tidak Langsung

Dari tiga interaksi gelombang elektromagnetik tersebut diatas terlihat

bahwa semua interaksi menghasilkan partikel bermuatan (elektron atau

positron) yang berenergi. Elektron atau positron yang berenergi tersebut

dalam pergerakannya akan mengionisasi atom-atom bahan yang

dilaluinya sehingga dengan kata lain, gelombang elektromagnetik juga

dapat mengionisasi bahan tetapi secara tidak langsung.

5. Penyerapan Radiasi Gelombang Elektromagnetik

Berbeda dengan radiasi partikel bermuatan (α atau β), daya tembus

radiasi gamma dan sinar-X sangat tinggi bahkan tidak dapat diserap,

secara keseluruhan.

Gambar IV.8. Penyerapan Radiasi Gelombang Elektromagnetik

31

Bahan PenyerapI

o Ix

x

Elektron

Lintasan elektron Inti Atom

ElektronGelombang Elektromagnet

Positron

Hubungan antara intensitas radiasi yang datang (Io) dan intensitas yang

diteruskan (Ix) setelah melalui bahan penyerap setebal x adalah sebagai

berikut.x

x eII ⋅−⋅= µ0 (IV-4)

µ adalah koefisien serap linier bahan terhadap radiasi gamma dan sinar-

X. µ sangat dipengaruhi oleh jenis bahan penyerap, nomor atom (Z) dan

densitas (ρ) serta energi radiasi yang mengenainya. Nilai tebal bahan

penyerap bisa dalam satuan panjang (mm; cm) ataupun dalam satuan

massa persatuan luas (gr/cm2).

TerIihat bahwa persamaan (IV-4) di atas merupakan persamaan

eksponensial seperti persamaan peluruhan radioaktif sehingga dapat

digambarkan sebagai berikut.

GambaI IV.9. Kurva intensitas radiasi yang diteruskan oleh bahan penyerap

Bila pada peluruhan nuklir radioaktif dikenal istilah waktu paro, disini

terdapat istilah tebal paro (HVL = half value layer) yaitu tebal bahan

yang dapat menyerap separo dari intensitas mula-mula atau intensitas

yang diteruskan tinggal separonya. Istilah lain adalah TVL (tenth value

layer) yaitu tebal bahan yang dapat menyerap 90% intensitas mula-mula

atau intensitas yang diteruskan tinggal sepersepuluh (10%) nya. Nilai

HVL dan TVL suatu bahan ditentukan dari koefisien serap linier (µ) nya

dengan persamaan berikut.

µµ303,2;693,0 == TVLHVL (IV -5)

Perhitungan intensitas radiasi yang masih diteruskan setelah melalui

suatu bahan penyerap (penahan radiasi) lebih mudah bila menggunakan

konsep HVL dan TVL ini dibandingkan harus menggunakan persamaan

dasarnya (IV-4).

32

Intensitas awal (Io)

Tebal, x

Intensitas, Ix

HVL TVL

½ Io

1/10 Io

( ) ( ) 0101

021 ; IIII m

xn

x == (IV-6)

n adalah jumlah HVL (x / HVL) sedangkan m adalah jumlah TVL (x /

TVL).

Prinsip-prinsip tersebut diterapkan di dalam merancang tameng radiasi

(radiation shielding). Dengan bahan yang telah diketahui koefisien

atenuasinya, kita bisa menghitung berapa ketebalan yang diperlukan agar

intensitas radiasi bisa diturunkan ke level yang kita kehendaki.

1. Sebutkan tiga prinsip interaksi atom!

2. a. Yang mana di antara ketiga proses tersebut di atas yang dominan

terjadi apabila energi fotonnya lebih dari 1,02 MeV?

c. Sementara itu, mana di antara ketiga proses tersebut yang dominan

pada energi foton yang rendah ?

Jawaban:

1. Efek fotolistrik, Efek Compton, Produksi pasangan

2. a. Efek produksi pasangan

b. Efek fotolistrik

D. Faktor Penambahan (Build-up Factor)

Sebagaimana telah diuraikan di depan, bahwa seseorang bisa mengurangi

intensitas dari gelombang elektromagnet (gamma, sinar-X) dengan

memanfaatkan bahan yang mempunyai koefisien atenuasi tertentu sebagai

tameng. Mengacu pada Gambar IV-8 dan persamaan IV-4, intensitas radiasi

I0 yang melalui bahan dengan koefisien atenuasi μ dan ketebalan X akan

berkurang menjadi Ix = I0 e-( μX). Artinya, secara teori semakin tebal bahan

tameng dan semakin tinggi harga μ, semakin tajam penurunan intensitas

radiasinya.

33

LATIHAN

Namun demikian, pada kenyataannya semakin tebal bahan tameng, semakin

kompleks interaksi yang terjadi di dalamnya, sehingga timbul kemungkinan

penambahan radiasi sebagai akibat interaksi tersebut. Dalam hal ini dikenal

istilah ”Faktor Penambahan” (Build-up Factor), B yang nilainya

tergantung pada energi radiasi dan jenis bahan tameng. Tabel IV.1

memberikan contoh nilai-nilai B untuk bahan Besi (Fe) dan Timbal (Pb).

Dengan adanya faktor penambahan B, maka intensitas radiasi gelombang

elektoromagnet yang melewati bahan menjadi:

Ix = I0 B e-μx (IV-7)

Dengan B adalah faktor penambahan.

Tabel IV.1. Faktor Penambahan, B untuk radiasi searah

Bahan E0,

MeV

μ ox1 2 4 7 10 15

Besi 0.5

1.0

2.0

3.0

4.0

6.0

8.0

10.0

2.07

1.92

1.69

1.58

1.48

1.35

1.27

1.22

2.94

2.74

2.35

2.13

1.90

1.71

1.55

1.44

4.87

4.57

3.76

3.32

2.95

2.48

2.17

1.95

8.31

7.81

6.11

5.26

4.61

3.81

3.27

2.89

12.4

11.6

8.78

7.41

6.46

5.35

4.58

4.07

20.6

18.9

13.7

11.4

9.92

8.39

7.33

6.70

Timbal 0.5

1.0

2.0

3.0

4.0

6.0

8.0

10.0

1.24

1.38

1.40

1.36

1.28

1.19

1.14

1.11

1.39

1.68

1.76

1.71

1.56

1.40

1.30

1.24

1.63

2.18

2.41

2.42

2.18

1.87

1.69

1.54

1.87

2.80

3.36

3.55

3.29

2.97

2.61

2.27

2.08

3.40

4.35

4.82

4.69

4.69

4.18

3.54

4.20

5.94

7.18

7.70

9.53

9.08

7.70

34

E. Tameng Berlapis Banyak

Prinsip penghitungan tebal tameng yang dibicarakan sebelumnya adalah

tameng dengan bahan lapisan tunggal (single layer). Pada prakteknya,

sering dijumpai penggunaan tameng dengan kombinasi beberapa lapisan

yang berbeda (multilayered shields), seperti ditunjukkan pada Gambar

IV.10 di bawah ini.

Gambar IV.10. Tameng dengan lapisan ganda

Dari Gambar IV.10 terlihat bahwa intensitas radiasi gelombang

elektromagnet yang melewati bahan 1 akan berkurang dari I0 menjadi I1 dan

setelah melewati bahan 2 akan berkurang lagi menjadi I2 yang bisa dihitung

dengan persamaan berikut ini.

I1 = I0 e-μ1x1 (IV-8)

I2 = I1 e-μ2x2 (IV-9)

atau dengan persamaan gabungan:

I2 = I0 e-(μ1x1 + μ2x2 ) (IV-10)

F. Interaksi Radiasi Neutron

Berbeda dengan radiasi α, β dan γ, radiasi neutron memang tidak dihasilkan

dari proses peluruhan spontan. Radiasi neutron dihasilkan dari proses reaksi

fisi, misalnya di reaktor nuklir, atau dari neutron generator (akselerator

ataupun zat radioaktif).

Neutron merupakan partikel yang mempunyai massa tetapi tidak bermuatan

listrik sehingga interaksinya dengan materi lebih banyak bersifat mekanik,

yaitu tumbukan antara neutron dengan atom (inti atom) bahan penyerap,

baik secara elastik maupun tak elastik. Setiap tumbukan dengan materi akan

menyerap energi neutron sehingga setelah beberapa kali tumbukan maka

energi neutron akan "habis". lnteraksi lain yang mungkin muncul --- bila

35

Io I

2

X1

μ2

X2

μ1

I1

energi neutron sudah sangat rendah --- adalah reaksi inti atau penangkapan

neutron oleh inti atom bahan penyerap.

1. Tumbukan Elastik

Tumbukan elastik adalah tumbukan di mana total energi kinetik partikel-

partikel sebelum dan sesudah tumbukan tidak berubah. Dalam tumbukan

elastik antara neutron dan atom bahan penyerap, sebagian energi neutron

diberikan ke inti atom yang ditumbuknya sehingga atom tersebut

terpental sedangkan neutronnya dibelokkan atau dihamburkan.

Gambar IV.11. Peristiwa tumbukan elastik

Tumbukan elastik terjadi bila atom yang ditumbuk neutron mempunyai

massa yang sama, atau hampir sama dengan massa neutron (misalnya

atom Hidrogen), sehingga fraksi energi neutron yang terserap oleh atom

tersebut cukup besar.

2. Tumbukan Tak Elastik

Proses tumbukan tak elastik sebenamya sama saja dengan tumbukan

elastik, tetapi energi kinetik sebelum dan sesudah tumbukan berbeda. lni

terjadi bila massa atom yang ditumbuk neutron jauh lebih besar dari

massa neutron. Setelah tumbukan, atom tersebut tidak terpental, hanya

bergetar, sedang neutronnya terhamburkan.

Dalam peristiwa ini, energi neutron yang diberikan ke atom yang

ditumbuknya tidak terlalu besar sehingga setelah tumbukan, energi

neutron tidak banyak berkurang. Oleh karena itu, bahan yang

mengandung atom-atom dengan nomor atom besar tidak efektif sebagai

penahan radiasi neutron.

36Neutron

Atom

(Sebelum tumbukan) (Setelah tumbukan)

Neutron Atom

(Sebelum tumbukan) (Setelah tumbukan)

Gambar IV.12. Peristiwa tumbukan non-elastik

3. Reaksi Inti (Penangkapan Neutron)

Bila energi neutron sudah sangat rendah atau sering disebut sebagai

neutron termal (En ≤ 0,025 eV), maka terdapat kemungkinan bahwa

neutron tersebut akan "ditangkap" oleh inti atom bahan penyerap

sehingga mambentuk inti atom baru, yang biasanya merupakan inti atom

yang tidak stabil, yang memancarkan radiasi, misalnya α, β atau γ.

Peristiwa ini disebut sebagai proses aktivasi neutron, yaitu rnengubah

bahan yang stabil menjadi bahan radioaktif.

Gambar IV.13. Peristiwa penangkapan neutron

Pada atom tertentu, penangkapan neutron diikuti dengan peristiwa pecahnya

inti atom (reaksi fisi) yang disertai dengan pembentukan 2 buah inti atom baru,

pelepasan energi panas dan pelepasan 2 ~ 3 buah neutron baru.

Di dalam reaktor nuklir, energi panas bisa dimanfaatkan sebagai pembangkit

listrik, sedangkan neutron yang baru digunakan untuk mempertahankan reaksi

fisi (reaksi berantai). Atom-atom yang bisa mengalami peristiwa ini adalah: U-

235, Pu-239, Th-233, dan sebagainya.

1. Sebutkan tingkat energi dari tipe neutron di bawah ini:

a. termal b. sedang c. cepat

2. Isilah titik-titik berikut ini:

a. Dalam mekanisme ………., total energi sebelum tumbukan sama

dengan setelah tumbukan.

b. Dalam mekanisme ………., neutron berturnbukan dengan target yang

lebih besar;

37

NeutronAtom

(Sebelum tumbukan) (Setelah tumbukan)

Radiasi

LATIHAN

c. Sedangkan dalam mekanisrne ………., neutron "masuk" 'ke dalam inti,

sehingga rnenghasilkan inti radibaktif.

Jawaban:

1. a. E ≤ 0,025 eV

b. 0,025eV < E < 0,10 MeV

c. E ≥ 0,10 MeV

2. a. Tumbukan elastik

b. Tumbukan tak elastis

c. Reaksi inti atau penangkapan neutron.

1. Ionisasi adalah proses terlepasnya elektron dari atom sehingga terbentuk

pasangan ion.

2. Radiasi pengion adalah radiasi yang dapat menyebabkan proses ionisasi,

baik secara langsung (radiasi α dan β) maupun secara tidak langsung

(radiasi γ dan neutron).

3. Eksitasi adalah proses perpindahan elektron dari suatu orbit (lintasan)

tertentu ke orbit yang lebih luar (energi lebih tinggi). Sebaliknya adalah

proses de-eksitasi yaitu perpindahan elektron dari suatu orbit ke orbit yang

lebih dalam dengan memancarkan sinar-X karakteristik.

4. Radiasi α disebut sebagai radiasi pengion kuat, radiasi β disebut sebagai

radiasi pengion sedang, dan radiasi γ dan sinar-X disebut sebagai radiasi

pengion yang lemah.

5. Daya tembus radiasi α sangat pendek, radiasi β sedang dan radiasi γ dan

sinar-X sangat jauh.

6. Radiasi beta yang dibelokkan oleh medan listrik dari inti atom akan

menghasilkan sinar-X bremstrahlung.

7. Fraksi energi radiasi beta yang berubah menjadi bremstrahlung sebanding

dengan energi maksimal partikel beta dan nomor atom bahan.

8. lnteraksi sinar γ dan sinar-X dengan materi adalah efek fotolistrik, efek

Compton, dan produksi pasangan.

9. Efek fotolistrik adalah peristiwa terlepasnya elektron dari orbitnya ketika

38

Rangkuman Bab IV

atom menyerap seluruh energi foton yang mengenainya.

10. Efek Compton adalah peristiwa terlepasnya elektron dari orbitnya ketika

atom menyerap sebagian energi foton yang mengenainya dan

menghamburkan sebagian energi lainnya.

11. Produksi pasangan adalah terbentuknya pasangan elektron dan positron

ketika energi foton diserap seluruhnya oleh pengaruh medan inti atom.

12. lnteraksi neutron dengan materi adalah proses tumbukan elastik, tak elastik

dan reaksi inti (penangkapan neutron).

13. Tumbukan elastik terjadi bila neutron menumbuk bahan dengan nomor

atom rendah, misalnya Hidrogen. Tumbukan tak elastis terjadi bila neutron

menumbuk bahan dengan nomor atom yang lebih besar.

14. Reaksi inti atau penangkapan neutron oleh inti atom mungkin terjadi bila

energi neutron sudah sangat lemah (neutron termal dengan energi < 0,025

eV).

39

BAB V

SUMBER RADIASI

Sumber radiasi dapat dibedakan berdasarkan asalnya yaitu sumber radiasi alam

yang sudah ada di alam ini sejak terbentuknya, dan sumber radiasi buatan yang

sengaja dibuat oleh manusia. Radiasi yang dipancarkan oleh sumber radiasi

alam disebut radiasi latar belakang (radiasi latar). Pada bab ini akan dibahas

beberapa macam sumber radiasi alam dan prinsip kerja secara umum dari

beberapa sumber radiasi buatan.

A. Sumber Radiasi Alam

Setiap hari manusia terkena radiasi dari alam dan radiasi dari alam ini

merupakan bagian terbesar yang diterima oleh manusia yang tidak bekerja

di tempat yang menggunakan radioaktif atau yang tidak menerima radiasi

berkaitan dengan kedokteran atau kesehatan. Radiasi latar belakang yang

diterima oleh seseorang dapat berasal dari tiga sumber utama, berikut:

- sumber radiasi kosmik yang berasal dari benda langit di dalam dan luar

tata surya kita,

- sumber radiasi terestrial yang berasal dari kerak bumi,

- sumber radiasi internal yang berasal dari dalam tubuh manusia sendiri.

1. Sumber Radiasi Kosmik

Radiasi kosmik berasal dari angkasa luar, sebagian berasal dari ruang

antar bintang dan matahari. Radiasi kosmik ini terdiri dari partikel dan

sinar yang berenergi tinggi (1017 eV) dan berinteraksi dengan inti atom

stabil di atmosfir membentuk inti radioaktif seperti C-14, Be-7, Na-22

dan H-3. Radionuklida yang terjadi karena interaksi dengan radiasi

kosmik ini disebut radionuklida cosmogenik.

Atmosfir bumi dapat mengurangi radiasi kosmik yang diterima oleh

manusia. Tingkat radiasi dari sumber kosmik ini bergantung kepada

40

ketinggian, yaitu radiasi yang diterima akan semakin besar apabila

posisinya semakin tinggi. Tinggi radiasi yang diterima seseorang juga

bergantung pada garis lintangnya di bumi, karena radiasi kosmik ini

dipengaruhi oleh medan magnet bumi. Karena medan magnet bumi di

daerah kutub lebih kuat, maka radiasi yang diterima di kutub lebih kecil

daripada di daerah katulistiwa.

2. Sumber Radiasi Terestrial

Radiasi terestrial secara natural dipancarkan oleh radionuklida didalam

kerak bumi, dan radiasi ini dipancarkan oleh radionulida yang disebut

primordial dengan waktu paro berorde milyar (109) tahun. Radionuklida

ini ada sejak terbentuknya bumi. Radionuklida yang ada dalam kerak

bumi terutama adalah deret Uranium, yaitu peluruhan berantai mulai dari

U-238 sampai dengan Pb-206 stabil; deret Aktinium, yaitu mulai dari U-

235 sampai dengan Pb-207; dan deret Thorium, mulai dari Th-232

sampai dengan Pb-208. Dalam setiap proses peluruhan berantai di atas

dipancarkan berbagai jenis energi (α, β dan γ) dengan berbagai tingkatan

energi.

Radiasi terestrial terbesar yang diterima manusia berasal dari Radon (Ra-

222) dan Thoron (Ra-220) karena dua radionuklida ini berbentuk gas

sehingga bisa menyebar ke mana-mana. Tingkat radiasi yang diterima

seseorang dari radiasi terestrial ini berbeda-beda dari satu tempat ke

tempat lain bergantung kepada konsentrasi sumber radiasi di dalam kerak

bumi. Ada beberapa tempat di bumi ini yang memiliki tingkat radiasi di

atas rata-rata seperti Pocos de Caldas dan Guarapari (Brazil), Kerala dan

Tamil Nadu (India) dan Ramsar (Iran).

41

3. Sumber Radiasi di dalam Tubuh

Sumber radiasi alam lain adalah radionuklida yang ada di dalam tubuh

manusia. Sumber radiasi ini berada di dalam tubuh manusia sejak

dilahirkan atau masuk ke dalam tubuh manusia melalui makanan,

minuman, pernafasan, atau luka. Radiasi internal ini terutama diterima

dari radionuklida C-14, H-3, K-40, Radon. Selain itu masih ada sumber

lain seperti Pb-210 dan Po-210 yang banyak berasal dari ikan dan

kerang-kerangan. Buah-buahan biasanya mengandung unsur K-40.

B. Sumber Radiasi Buatan

Sumber radiasi buatan mulai diproduksi pada abad ke 20, yaitu sejak

diketemukannya sinar-X oleh W. Roentgent. Saat ini sudah banyak sekali

jenis dari sumber radiasi buatan baik yang berupa zat radioaktif, pesawat

sinar-X, reaktor nuklir maupun akselerator.

1. Zat Radioaktif

Dewasa ini telah banyak sekali unsur radioaktif berhasil dibuat oleh

manusia berdasarkan reaksi inti antara nuklida yang tidak radioaktif

dengan neutron (reaksi fisi di dalam reaktor atom), aktivasi neutron, atau

berdasarkan penembakan nuklida yang tidak radioaktif dengan partikel

atau ion cepat (didalam alat-alat pemercepat partikel, misalnya

akselerator, siklotron). Radionuklida buatan ini bisa memancarkan jenis

radiasi alfa, beta, gamma dan neutron.

a. Pemancar Alfa

Salah satu contoh reaksi inti untuk menghasilkan radionuklida

pemancar alfa adalah:

α+→+ 2411

10

2713 NanAl

42

Salah satu aplikasinya adalah untuk menghasilkan radiasi neutron

melalui reaksi (α,n), radionuklida yang sering dipakai adalah Ra-226,

Po-210, Pu-239 dan Am-241.

b. Pemancar Beta

Sebagian besar pemancar beta ini dihasilkan melalui penembakan

partikel neutron pada nuklida stabil. Oleh karena itu di dalam reaktor

nuklir didapatkan berbagai macam pemancar beta. Energi radiasi beta

bersifat kontinu. Pemancar beta sering digunakan dalam kedokteran

dan juga dalam industri untuk mengukur ketebalan materi. Pemancar

beta yang sering digunakan dalam kedokteran misalnya Sr-90, Y-90,

P-32, Re-188, sedangkan untuk industri yang sering digunakan adalah

Sr-90, P-32, TI-208.

Contoh reaksi inti untuk menghasilkan pemancar beta adalah−+→+ β32

151

031

14 PnSi

c. Pemancar Gamma

Sebenarnya jarang sekali sumber radioaktif yang hanya memancarkan

radiasi gamma saja, karena radiasi gamma biasanya mengikuti proses

peluruhan α atau β.

Berikut ini adalah contoh sebuah reaksi inti untuk menghasilkan

radionuklida pemancar β dan γ:

γβ ++→+ −6028

10

5927 NinCo

Dalam pemakaiannya, pemancar gamma beraktivitas tinggi sering

digunakan sebagai sumber radiasi di rumah sakit dan industri.

Irradiator banyak diguakan di rumah sakit (irradiator Co-60 dan Cs-

137) dan dalam industri (irradiator Co-60).

43

d. Pemancar Neutron

Radiasi neutron dapat dihasilkan dengan interaksi antara radiasi α

dengan bahan yang dapat melangsungkan reaksi (α,n) seperti unsur

Be.

Sumber neutron ini merupakan campuran antara unsur Be dengan

unsur radioaktif pemancar α, misalnya Am-241 yang dibungkus

dalam sebuah kapsul, sehingga terjadi reaksi sebagai berikut.

nCBeNpAm

+→+

+→12

69

4

23793

24195

αα

2. Pesawat Sinar-X

Secara sederhana proses terbentuknya radiasi sinar-X pada pesawat sinar-

X adalah seperti gambar di bawah ini.

Gambar V-1: Konstruksi pesawat sinar-X

Proses pembentukan sinar- X pada pesawat sinar- X adalah sebagai

berikut:

1. Arus listrik akan memanaskan filamen sehingga akan terjadi awan

elektron disekitar filamen (proses emisi termionik).

2. Tegangan (kV) di antara katoda (negatif) dan anoda (positif) akan

44

Target (anoda)

Pemanas

Sinar-X

Kaca penutupKatoda

Tegangan Tinggi

menyebabkan elektron-elektron bergerak ke arah anoda.

3. Fokus (focusing cup) berfungsi untuk mengarahkan pergerakan

elektron-elektron (berkas elektron) menuju target.

4. Ketika berkas elektron menabrak target akan terjadi proses eksitasi

pada atom-atom target, sehingga akan dipancarkan sinar-X

karakteristik, dan proses pembelokan (pengereman) elektron sehingga

akan dipancarkan sinar-X bremstrahlung.

5. Berkas sinar-X yang dihasilkan, yaitu sinar-X karakteristik dan

bremstrahlung, dipancarkan keluar tabung melalui jendela (window).

6. Pendingin diperlukan untuk mendinginkan target karena sebagian

besar energi pada saat elektron menumbuk target akan berubah

menjadi panas.

Dari pembahasan di atas terlihat bahwa sinar-X yang dihasilkan oleh

pesawat sinar-X terdiri atas sinar-X karakteristik yang bersifat "diskrit"

dan sinar-X bremstrahlung yang bersifat kontinu.

Perhatikan gambar spektrum energi sinar-X berikut ini.

Gambar V.2. Spektrum energi sinar-X

45

Karakteristik

Panjang Gelombang, λ

Intensitas, Ix

Bremstrahlung

Terdapat dua pengaturan (adjustment) pada pesawat sinar-X yaitu

pengaturan arus berkas elektron (mA) yaitu dengan mengatur arus

filamen dan pengaturan tegangan di antara anoda dan katoda (kV).

Pengaturan arus filamen akan menyebabkan perubahan jumlah elektron

yang dihasilkan filamen dan intensitas berkas elektron (mA) sehingga

mempengaruhi intensitas sinar-X. Semakin besar mA akan menghasilkan

intensitas sinar-X yang semakin besar. Pengaturan tegangan kV akan

menyebabkan perubahan "gaya tarik" anoda terhadap elektron sehingga

kecepatan elektron menuju (menumbuk) target akan berubah. Hal ini

menyebabkan energi sinar-X dan intensitas sinar-X yang dihasilkan akan

mengalami perubahan. Semakin besar kV akan menghasilkan energi dan

intensitas sinar-X yang semakin besar.

3. Akselerator

Akselerator adalah alat yang digunakan untuk mempercepat partikel

bermuatan (ion atau elektron). Partikel bermuatan, misalnya proton atau

elektron, dipercepat menggunakan medan listrik dan medan magnit

sehingga mencapai kecepatan yang sangat tinggi.

Partikel yang telah mempunyai kecepatan sangat tinggi yang dipancarkan

oleh akselerator dapat digunakan untuk berbagai keperluan misalnya

untuk memproduksi zat radioaktif dengan proton berenergi tinggi,

memproduksi sinar-X berenergi tinggi dengan elektron yang dipercepat,

dan juga dapat menghasilkan radiasi neutron dengan mempercepat ion

deuterium (1H2).

Dua contoh akselerator yang banyak digunakan adalah akselerator linier

(LINAC = linear accelerator) yang mempunyai lintasan garis lurus dan

siklotron (cyclotron) yang mempunyai lintasan berbentuk lingkaran.

Untuk membedakannya dengan zat radioaktif, akselerator dan pesawat

sinar-X sering disebut sebagai pembangkit radiasi.

46

4. Reaktor Nuklir

Mekanisme utama yang terjadi dalam reaktor nuklir adalah pembelahan

inti dengan persamaan reaksi sebagai berikut.

QnYYnX c +++→+ 211

Suatu inti atom X yang dapat belah (fisil) seperti U-235 ketika ditembak

dengan neutron termal (n1) akan membelah menjadi dua inti radioaktif Y1

dan Y2 . Dalam reaksi pembelahan tersebut juga dilepaskan 2 atau 3 buah

neutron cepat (nc) dan sejumlah energi panas (Q). Oleh karena Y1 dan Y2

merupakan inti-inti yang aktif maka dalam proses tersebut juga

dipancarkan berbagai macam radiasi (α, β dan γ).

Dari mekanisme pembelahan (reaksi fisi) di atas terlihat bahwa setiap

reaksi akan menghasilkan lebih dari satu neutron cepat baru, yang bila

energinya dapat diturunkan menjadi neutron termal, akan menyebabkan

reaksi pembelahan inti dapat belah yang lainnya. Proses ini berlangsung

terus-menerus dan disebut sebagai proses reaksi berantai (chain

reaction). Dalam reaktor nuklir, proses reaksi berantai ini dikendalikan

secara cermat sedangkan pada bom atau senjata nuklir reaksi ini

dibiarkan tanpa kendali.

Energi panas yang dihasilkan dari reaksi berantai di atas ( Q ) dapat

dimanfaatkan untuk menggerakan turbin sehingga dapat menghasilkan

listrik. Fasilitas yang memanfaatkan mekanisme ini adalah PLTN.

Neutron yang dihasilkan dalam reaksi ini juga dapat digunakan untuk

berbagai macam aplikasi dan penelitian, seperti untuk keperluan produksi

zat radioaktif dan analisis bahan yang dilakukan di reaktor penelitian

(research reactor).

47

1. Sebutkan tiga sumber utama radiasi latar belakang!

2. Siapakah yang menerima radiasi kosmik lebih besar, yang berada di laut

atau yang berada di gunung.? Mengapa?

3. Mengapa di dalam tubuh manusia terdapat sumber radiasi internal?

4. Bagaimanakah radionuklida artifisial dapat dibuat?

5. Gas dari sumber terestrial apakah yang merupakan komponen terbesar

sumber radiasi kepada manusia?

6. Bagaimanakah prinsip kerja pesawat sinar-X?

Jawaban:

1. Sumber radiasi kosmik, terestrial dan internal.

2. Orang yang berada di gunung akan menerima radiasi kosmik lebih

besar daripada di laut atau semakin tinggi suatu tempat, semakin besar

pula radiasi kosmik di tempat itu.

3. Sumber radiasi internal terdapat dalam tubuh manusia karena 1). secara

alami ada di dalam bagian-bagian tubuh manusia sejak lahir, 2). masuk

ke dalam tubuh manusia melalui, makanan, minuman, pernafasan dan

luka.

4. Radionuklida dapat dibuat melalui beberapa cara antara lain reaksi fisi,

aktivasi neutron atau penembakan dengan partikel/ion dalam

akselerator.

5. Radiasi terbesar yang diterima manusia berasal dari Radon (Ra-222)

dan Thoron (Ra-220). Kedua radionuklida ini berbentuk gas dan bisa

merembes keluar dari bumi atau bahan bangunan tempat tinggal.

6. Sinar-X dihasilkan sebagai akibat interaksi antara elektron cepat yang

dipancarkan dari katoda ke target. Arus listrik mempengaruhi

48

LATIHAN

intensitas sinar-x yang dihasilkan, sedangkan tegangan tabung akan

mempengaruhi intensitas dan energi sinar- X yang dihasilkan.

1. Sumber radiasi dapat dibedakan menjadi sumber radiasi alam dan

sumber radiasi buatan.

2. Sumber radiasi alam berasal dari tiga sumber utama yaitu radiasi kosmik,

terestrial dan internal.

3. Sumber radiasi buatan dapat berupa radionuklida, pesawat sinar-X, reaktor

nuklir dan akselerator.

4. Radionuklida buatan dihasilkan melalui reaksi fisi, aktivasi neutron, atau

penembakan partikel/ion.

5. Perubahan mA pada pesawat sinar-X akan mempengaruhi intensitas sinar-

X yang dihasilkan sedangkan perubahan kV akan mempengaruhi intensitas

dan energi sinar-X.

49

Rangkuman Bab V

DAFTAR PUSTAKA

1. Herman Chamber, ”Introduction to Health Physics” 3rd Ed., McGraw-

Hill Book Company, Inc. (1996)

2. Irving Kaplan, “Nuclear Physics”, 2nd Ed., Addison-Wesley Publishing

Company (1979)

3. Lamarsh, J.R. “Introduction to Nuclear Engineering” 2nd Ed., Addison-

Wesley Publishing Company (1983)

4. RD Evans, “The Atomic Nucleus”, McGraw-Hill Book Company, Inc.

(1955)

50