TUGAS FISIKA INTIAPLIKASI FISIKA INTI DALAM BERBAGAI BIDANG

Disusun Oleh : -Albert Agung- 140310120034

PROGRAM STUDI FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS PADJADJARAN2015

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangBanyak orang tidak akan pernah menyangka, bahwa penerapan MIPA khususnya fisika dalam berbagai bidang luar biasa banyak. Seperti bidang kesehatan dan bidang industry. Bisa dikatakan, tanpa fisika tidak mungkin dunia industry dan kesehatan berkembang seperti sekarang. Sebut saja riset serat optik. Kalau saja serat optik tidak ditemukan, mungkin industri komunikasi yang bernilai sangat tinggi dan telah memperkerjakan jutaan orang itu, tidak pernah ada. Juga pada bidang kesehatan, banyak ilmu fisika yang diterapkan di dalamnya.

1.2 Tujuan1. Mengetahui aplikasi dari fisika inti pada bidang kesehatan dan industri.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 APLIKASI FISIKA INTI DALAM BERBAGAI BIDANG KESEHATAN1) Aplikasi Nuklir di Bidang KesehatanAsal-mula fisika nuklir terikat pada fisika atom, teori relativitas, dan teori kuantum dalam permulaan abad kedua-puluh. Kemajuan awal utama meliputi penemuan radioaktivitas (1898), penemuan inti atom dengan menginterpretasikan hasil hamburan partikel alfa (1911), identifikasi isotop dan isobar (1911), pemantapan hukum-hukum pergeseran yang mengendalikan perubahan-perubahan dalam nomor atom yang menyertai peluruhan radioaktivitas (1913), produksi transmutasi nuklir karena penembakan dengan partikel alfa (1919) dan oleh partikel-partikel yang dipercepat secara artifisial (1932), formulasi teori peluruhan beta (1933), produksi inti-inti radioaktif oleh partikel-partikel yang dipercepat (1934), dan penemuan fissi nuklir (1938). Fisika nuklir ialah unik pada tingkat dimana ia menghadirkan banyak topik terapan dan paling fundamental. Instrumentasi-intrumentasinya telah memiliki kegunaan yang banyak di seluruh sains, teknologi, dan kedokteran; rekayasa nuklir dan kedokteran nuklir adalah dua bidang spesialisasi terapan yang sangat penting.Aplikasi teknik nuklir, baik aplikasi radiasi maupun radioisotop, sangat dirasakan manfaatnya sejak program penggunaan tenaga atom untuk maksud damai dilancarkan pada tahun 1953. Dewasa ini penggunaannya di bidang kedokteran sangat luas, sejalan dengan pesatnya perkembangan bioteknologi, serta didukung pula oleh perkembangan instrumentasi nuklir dan produksi radioisotop umur pendek yang lebih menguntungkan ditinjau dari segi medik. Energi radiasi yang dipancarkan oleh suatu sumber radiasi, dapat menyebabkan peruba.hari fisis, kimia dan biologi pada materi yang dilaluinya. Perubahan yang terjadi dapat dikendalikan dengan jalan memilih jenis radiasi (, , atau neutron) serta mengatur dosis terserap, sesuai dengan efek yang ingin dicapai. Berdasarkan sifat tersebut, radiasi dapat digunakan untuk penyinaran langsung seperti antara lain pada radioterapi, dan sterilisasi. Selain itu, radiasi yang dipancarkan oleh suatu radioisotop, lokasi dan distribusinya dapat dideteksi dari luar tubuh secara tepat, serta aktivitasnya dapat diukur secara akurat; sehingga penggunaan radioisotop sebagai tracer atau perunut, sangat bermanfaat dalam studi metabolisme, serta teknik pelacakan dan penatahan berbagai organ tubuh, tanpa harus melakukan pembedahan.

2) Kedokteran NuklirIlmu Kedokteran Nuklir adalah cabang ilmu kedokteran yang menggunakan sumber radiasi terbuka berasal dari disintegrasi inti radionuklida buatan, untuk mempelajari perubahan fisiologi, anatomi dan biokimia, sehingga dapat digunakan untuk tujuan diagnostik, terapi dan penelitian kedokteran. Pada kedokteran Nuklir, radioisotop dapat dimasukkan ke dalam tubuh pasien (studi invivo) maupun hanya direaksikan saja dengan bahan biologis antara lain darah, cairan lambung, urine da sebagainya, yang diambil dari tubuh pasien yang lebih dikenal sebagai studi in-vitro (dalam gelas percobaan).Pemeriksaan kedokteran nuklir banyak membantu dalam menunjang diagnosis berbagai penyakitseperti penyakit jantung koroner, penyakit kelenjar gondok, gangguan fungsi ginjal, menentukan tahapan penyakit kanker dengan mendeteksi penyebarannya pada tulang, mendeteksi pendarahan pada saluran pencernaan makanan dan menentukan lokasinya, serta masih banyak lagi yang dapat diperoleh dari diagnosis dengan penerapan teknologi nuklir yang pada saat ini berkembang pesat.Disamping membantu penetapan diagnosis, kedokteran nuklir juga berperanan dalam terapi-terapi penyakit tertentu, misalnya kanker kelenjar gondok, hiperfungsi kelenjar gondok yang membandel terhadap pemberian obat-obatan non radiasi, keganasan sel darah merah, inflamasi (peradangan)sendi yang sulit dikendalikan dengan menggunakan terapi obat-obatan biasa. Bila untuk keperluan diagnosis, radioisotop diberikan dalam dosis yang sangat kecil, maka dalam terapi radioisotop sengaja diberikan dalam dosis yang besar terutama dalam pengobatan terhadap jaringan kanker dengan tujuan untuk melenyapkan sel-sel yang menyusun jaringan kanker itu.Di Indonesia, kedokteran nuklir diperkenalkan pada akhir tahun 1960an, yaitu setelah reaktor atom Indonesia yang pertama mulai dioperasikan di Bandung. Beberapa tenaga ahli Indonesia dibantu oleh tenaga ahli dari luar negeri merintis pendirian suatu unit kedokteran nuklir di Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknik Nuklir di Bandung. Unit ini merupakan cikal bakal Unit Kedokteran Nuklir RSU Hasan Sadikin, Fakultas Kedokteran Universitas Padjadjaran. Menyusul kemudian unit-unit berikutnya di Jakarta (RSCM, RSPP, RS Gatot Subroto) dan di Surabaya (RS Sutomo). Pada tahun 1980-an didirikan unit-unit kedokteran nuklir berikutnya di RS sardjito (Yogyakarta) RS Kariadi (Semarang), RS Jantung harapan Kita (Jakarta) dan RS Fatmawati (Jakarta).Dewasa ini di Indonesia terdapat 15 rumah sakit yang melakukan pelayanan kedokteran nuklir dengan menggunakan kamera gamma, di samping masih terdapat 2 buah rumah sakit lagi yang hanya mengoperasikan alat penatah ginjal yang lebih dikenal dengan nama Renograf.

Radioisotop dan TeleterapiHenry Bacquerel penemu radioaktivitas telah membuka cakrawala nuklir untuk kesehatan. Kalau Wilhelm Rontgen, menemukan sinar-x ketika gambar jari dan cincin istrinya ada pada film. Maka Marie Currie mendapatkan hadiah Nobel atas penemuannya Radium dan Polonium dan dengan itu pulalah sampai dengan 1960-an Radium telah digunakan untuk kesehatan hampir mencapai 1000 Ci. Tentunya ini sebuah jumlah yang cukup besar untuk kondisi saat itu. Masyarakat kedokteran menggunakan radioisotop Radium ini untuk pengobatan kanker, dan dikenal dengan Brakiterapi. Meskipun kemudian banyak ditemukan radiosiotop yang lebih menjanjikan untuk brakiterapi, sehingga Radium sudah tidak direkomendasikan lagiSelain untuk Brakiterapi, radisotop Cs-137 dan Co-60 juga dimanfaatkan untuk Teleterapi, meskipun belakangan ini teleterapi dengan menggunakan radioisotop Cs-137 sudah tidak direkomendasikan lagi untuk digunakan. Meskipun pada dekade belakangan ini jumlah pesawat teleterapi Co-60 mulai menurun digantikan dengan akselerator medik . Radioisotop tersebut selain digunakan untuk brakiterapi dan teleterapi, saat ini juga telah banyak digunakan untuk keperluan Gamma Knife, sebagai suatu cara lain pengobatan kanker yang berlokasi di kepala.Teleterapi adalah perlakuan radiasi dengan sumber radiasi tidak secara langsung berhubungan dengan tumor. Sumber radiasi pemancar gamma seperti Co-60 pemakaiannya cukup luas, karena tidak memerlukan pengamatan yang rumit dan hampir merupakan pemancar gamma yang ideal. Sumber ini banyak digunakan dalam pengobatan kanker/tumor, dengan jalan penyinaran tumor secara langsung dengan dosis yang dapat mematikan sel tumor, yang disebut dosis letal. Kerusakan terjadi karena proses eksitasi dan ionisasi atom atau molekul. Pada teleterapi, penetapan dosis radiasi sangat penting, dapat berarti antara hidup dan mati. Masalah dosimetri ini ditangani secara sangat ketat di bawah pengawasan Badan Internasional WHO dan IAEA bekerjasama dengan laboratorium-laboratorium standar nasional.Orang pertama yang menggunakan radioisotop nuklir sebagai tracer (perunut) pada 1913-an adalah GC Havesy, dan dengan tulisannya dalam Journal of Nuclear Medicine, Havesy menerima hadiah Nobel Kimia 1943. Prinsip yang ditemukan Havesy inilah yang kemudian dimanfaatkan dalam Kedokteran Nuklir, baik untuk diagnosa maupun terapi. Radioisotop untuk diagnosa penyakit memanfaatkan instrumen yang disebut dengan Pesawat Gamma Kamera atau SPECT (Single Photon Emission Computed Thomography). Sedangkan aplikasi untuk terapi sumber radioisotop terbuka ini seringkali para pakar menyebutnya sebagai Endoradioterapi.

Rutherford dan Teknologi Pemercepat RadioisotopPenemuan Rutherford memberikan jalan pada munculnya teknologi pemercepat radioisotop, sehingga J Lawrence dapat menggunakan Siklotron Berkeley dapat memproduksi P-32, yang merupakan radioisotop artifisial pertama yang digunakan untuk pengobatan leukimia. Sekitar 1939, I-128 diproduksi pertama kalinya dengan menggunakan Siklotron, namun dengan keterbatasan pendeknya waktu paro, maka I-131 dengan waktu paro 8 hari diproduksi. Perkembangan teknologi Siklotron untuk kesehatan menjadi penting setelah beberapa produksi radioisotop dengan waktu paro pendek mulai dimanfaatkan dan sebagai dasar utama PET (Positron Emission Tomography).Radioisotop selain diproduksi dengan pemercepat, juga dapat diproduksi dengan reaktor nuklir. Majalah Science telah mengumumkan bahwa reaktor nuklir penghasil radioisotop pada 1946, dan menurut Baker sampai sekitar 1966 ada 11 reaktor nuklir di Amerika Serikat memproduksi radiosisotop untuk melayani kesehatan. Perkembangan teknologi reaktor juga saat ini dimanfaatkan untuk produksi secara in-situ aktivasi Boron untuk pengobatan penyakit maligna dan biasanya dikenal dengan BNCT (Boron Netron Capture Therapy ). Meskipun saat ini banyak juga berkembang BNCT dengan metode akselerator.Generator radioisotop-pun saat ini juga berperan besar dalam memproduksi radioisotop untuk kesehatan, terutama kedokteran nuklir. Produksi, pengembangan dan pemanfaatan generator Mo-99/Tc-99m merupakan dampak positif dalam aplikasi nuklir untuk kesehatan dan farmasi. Dengan generator ini masalah-masalah faktor produksi ulang, waktu, dan jarak terhadap tempat yang memproduksi radioisotop, selain juga mengurangi dosis yang diterima oleh pasien.

3) Teknik Pengaktivan NeutronTeknik nuklir ini dapat digunakan untuk menentukan kandungan mineral tubuh terutama untuk unsur-unsur yang terdapat dalam tubuh dengan jumlah yang sangat kecil (Co,Cr,F,Fe,Mn,Se,Si,V,Zn dsb) sehingga sulit ditentukan dengan metoda konvensional. Kelebihan teknik ini terletak pada sifatnya yang tidak merusak dan kepekaannya sangat tinggi. Di sini contoh bahan biologik yang akan idperiksa ditembaki dengan neutron.

4) Penentuan Kerapatan Tulang Dengan Bone DensitometerPengukuran kerapatan tulang dilakukan dengan cara menyinari tulang dengan radiasi gamma atau sinar-x. Berdasarkan banyaknya radiasi gamma atau sinar-x yang diserap oleh tulang yang diperiksa maka dapat ditentukan konsentrasi mineral kalsium dalam tulang. Perhitungan dilakukan oleh komputer yang dipasang pada alat bone densitometer tersebut. Teknik ini bermanfaat untuk membantu mendiagnosiskekeroposan tulang (osteoporosis) yang sering menyerang wanita pada usia menopause (matihaid) sehingga menyebabkan tulang muda patah.

5) Three Dimensional Conformal Radiotheraphy (3d-Crt)Terapi Radiasi dengan menggunakan sumber radiasi tertutup atau pesawat pembangkit radiasi telah lama dikenal untuk pengobatan penyakit kanker. Perkembangan teknik elektronika maju dan peralatan komputer canggih dalam dua dekade ini telah membawa perkembangan pesat dalam teknologi radioterapi. Dengan menggunakan pesawat pemercepat partikel generasi terakhir telah dimungkinkan untuk melakukan radioterapi kanker dengan sangat presisi dan tingkat keselamatan yang tinggi melalui kemampuannya yang sangat selektif untuk membatasi bentuk jaringan tumor yang akan dikenai radiasi, memformulasikan serta memberikan paparan radiasi dengan dosis yang tepat pada target. Dengan memanfaatkan teknologi 3D-CRT ini sejak tahun 1985 telah berkembang metoda pembedahan dengan menggunakan radiasi pengion sebagai pisau bedahnya (gamma knife). Dengan teknik ini kasus-kasus tumor ganas yang sulit dijangkau dengan pisau bedah konvensional menjadi dapat diatasi dengan baik oleh pisau gamma ini, bahkan tanpa perlu membuka kulit pasien dan yang terpenting tanpa merusak jaringan di luar target.

6) Sterilisasi Alat KedokteranAlat/bahan yang digunakan di bidang kedokteran pada umumnya harus steril. Banyak di antaranya yang tidak tahan terhadap panas, sehingga tidak bisa disterilkan dengan uap air panas atau dipanaskan. Demikian pula sterilisasi dengan gas etilen oksida atau bahan kimia lain dapat menimbulkan residu yang membahayakan kesehatan. Satu-satunya jalan adalah sterilisasi dengan radiasi, dengan sinar gamma dan Co-60 yang dapat memberikan hasil yang memuaskan. Sterilisasi dengan cara tersebut sangat efektif, bersih dan praktis, serta biayanya sangat murah. Untuk transpiantasi jaringan biologi seperti tulang dan urat, serta amnion chorion untuk luka bakar, juga disterilkan dengan radiasi.

2.2 APLIKASI FISIKA INTI DALAM BERBAGAI BIDANG INDUSTRIDibidang industri, Distributed Control System (DCS) dan Nucleonic Control System (NCS) telah dipergunakan untuk mendeteksi berbagai kesalahan atau kelainan pada sistem kerja alat industri. DSC dan NSC akan secara otomatis melakukan pengendalian jika terdapat ada kelainan dalam operasi terutama dalam sistem produksi. Dibidang peternakan, tehnik nuklir telah dimanfaatkan untuk memproduksi vaksin untuk anak ayam, penggemukan hewan ternak, peningkatan daya tahan ternak terhadap penyakit, dan lain sebagainya. Orang tidak akan pernah menyangka, bahwa penerapan MIPA khususnya fisika dalam industri luar biasa banyak. Bisa dikatakan, tanpa fisika tidak mungkin industry berkembang seperti sekarang. Sebut saja riset serat optik. Kalau saja serat optik tidak ditemukan, mungkin industri komunikasi yang bernilai milyaran dollar AS dan telah memperkerjakan jutaan orang itu, tidak pernah ada. Industri memang tidak bias dipisahkan dari fisika. Hampir setiap kali fisikawan menemukan material baru selalu disusul dengan timbulnya industri baru. Misalnya, penemuan liquid crystal, material yang mempunyai sifat cair dan kristal. Sifat optik liquid crystal yang mampu mengubah diri menjadi lebih gelap atau lebih terang dibawah medan listrik tertentu telah menumbuhkan industri senilai lebih dari 10 milyar dollar AS berupa produk layar komputer laptop, televisi hemat energi, jam, piringan optik yang dapat ditulis/dihapus, dan smart window (jendela yang berubah warna karena perubahan suhu). Penemuan polimer, material yang susunan molekulnya panjang, telah dimanfaatkan Nike untuk membuat industri besar dengan menciptakan sepatu yang lentur dan tahan lama. Polimer juga telah dikembangkan untuk menjadi material yang lebih kuat dari baja tetapi lebih ringan dari alumunium. Polimer jenis ini dipakai sebagai kerangka mobil dalam industri otomotif. Polimer jenis lain dipakai untuk membuat engsel buatan, kulit buatan, tulang buatan, katup jantung buatan dan lebih dari 5.000 alat kedokteran serta berbagai produk yang menggunakan biomaterial. Polimer ini telah membuat industri kedokteran berkembang pesat sekali. Penemuan material komposit (campuran grafit-epoksi) yang ringan, tidak mudah rusak dan anti-air seperti serat kaca telah mendorong perkembangan industri alat musik (gitar, biola, dan sebagainya) dan alat olahraga. Juga penemuan komposit teflon telah menumbuhkan industri yang produknya berupa alat rumah tangga (alat masak) dan berbagai pakaian tahan panas. Selanjutnya penelitian thin film telah mampu membuat rumah lebih hangat dimusim dingin dengan memantulkan panas kembali kedalam rumah. Thin film juga menjadi dasar dari pembuatan jendela "pintar" yang tahu kapan harus menyerap panas dan kapan harus memantulkannya. Penelitian di bidang thin film telah membantu pertumbuhan industri penyemprotan/pelapisan. Di samping penemuan material baru, berbagai riset fisika lainnya juga telah mendorong tumbuhnya berbagai industri misalnya: riset semikonduktor, integrated circuit (IC), global positioning system (GPS), material magnetik, laser, dan energy lingkungan.Penemuan semikonduktor tahun 1947 yang dilanjutkan dengan pengembangan IC di mana ribuan komponen elektronik seperti dioda dan transistor dipaketkan dalam suatu tempat yang kecil sekali, telah mengubah pola hidup manusia. IC yang kecil itu kini dapat ditemukan dalam pesawat telepon, radio, televisi digital, kulkas, mesin ATM, microwave, dan mobil.Penelitian IC dan elektronika mikro membuat komputer lebih kecil, lebih cepat dan lebih murah. Kalau dulu harga komputer jutaan dollar AS kini hanya jutaan rupiah. Dengan adanya IC, komputer yang tadinya beratnya puluhan ton kini menjadi sangat ringan hanya beberapa kilogram. Kalau tahun 1950 hanya ada 10 komputer, sekarang karena lebih murah dan lebih kecil, komputer sangat banyak jumlahnya. Hampir di setiap tempat dapat ditemukan komputer. Industri komputer telah menciptakan lebih dari 2,6 juta lapangan pekerjaan dan bernilai lebih dari 400 milyar dollar AS atau 6,5 persen dari gross domestic product GDP Amerika Serikat. Di dalam industri otomotif, IC dibuat agar pemakaian bahan bakar lebih irit, untuk mengontrol alat penyelamat waktu tabrakan (air bag) dan pemakaian GPS (global position system). GPS yang pintar GPS adalah suatu sistem pendeteksian benda. Dengan GPS pilot pesawat pengintai bisa mengetahui secara tepat di mana lokasi pesawat musuh, tentara bisa bergerak walaupun situasi gelap, pengemudi dapat menemukan lokasi tempat yang ditunjukkan peta dengan tepat, pemancing bisa tahu di mana lokasi mata kailnya di laut, dan seorang pemain golf bisa tahu di mana posisi bola golf. Dengan pemakaian yang begitu luas GPS telah menjadi suatu industri yang besar dan menjanjikan. Industri GPS telah memperkerjakan lebih dari 2,3 juta orang di Amerika serta menghasilkan uang yang besarnya sekitar empat-lima persen GDP Amerika.Tahun 1954 Charles Townes hanya mengeluarkan uang 30.000 dollar AS untuk mengembangkan maser yang menjadi pendahulu laser. Kini laser bersama dengan material magnetik telah menghidupkan berbagai industri yang berhubungan dengan penyimpanan data seperti CD (compact disc) dan video.Laser juga telah membangkitkan industri dalam rumah sakit (alat-alat operasi kanker, katarak, dan sebagainya), industri telekomunikasi (serat optik), industry pertahanan, dan berbagai industri yang memakai scanner (misalnya scanner di mal-mal atau pintu masuk tempat rahasia). Dalam bidang energi dan lingkungan riset, fisika telah memanfaatkan energy matahari dan energi angin. Pemakaian sel surya (solar cell) telah tumbuh lebih dari 15 persen per tahun sedangkan biaya pembuatannya berkurang lebih dari 90 persen. Efisiensi dari fotovoltaik sel juga naik lebih dari 500 persen sejak tahun 1978. Industrisel surya sudah berkembang dengan baik dan prospek ke depannya sangatmenjanjikan.Untuk energi angin penemuan motor yang lebih efisien dan material yang lebih ringan untuk turbin telah mengurangi biaya lebih dari 90 persen sejak tahun 1981, membuat pemanfaatan energi angin sangat menjanjikan serta membuatnya kompetitif dengan batu bara. Pasar dari energi angin lebih dari 2,4 billion dollar AS dan dapat menciptakan ribuan pekerjaan.Industri lain seperti industri kedokteran, banyak dipacu oleh penelitian fisika. MRI (Magnetic Resonance Imaging), PET (Positron Emission Tomography), CAT (Computer Axial Tomography) dan ultra sound telah berkembang menjadi industri yang menarik. MRI bekerja berdasarkan kelakuan atom-atom yang kontras di bawah medan magnetik. MRI mampu membuat bayangan dari struktur bagian dalam tubuh seperti otak, jantung dan sebagainya. PET yang awalnya adalah alat untuk fisika partikel, mampu mengukur aktifitas otak dan melihat jika ada kerusakan dalam otak itu. CAT (computer axial tomography) menggunakan sinar X untuk mengetahui keadaan tubuh manusia. Sedangkan ultra sound untuk melihat keadaan bayi sebelum lahir ataupun untuk mengetahui kedalaman laut. Dalam bidang kecantikan pun industri dipacu oleh penelitian fisika berupa penelitian material yang mampu menahan kulit dari sengatan matahari.

DAFTAR PUSTAKA

1. Akhadi, Muklis, 1997. Pengantar Teknologi Nuklir. PT. Rineka Cipta, Jakarta2. http://artikel.staff.uns.ac.id/2008/11/18/aplikasi-nuklir-di-bidang-kesehatan/ (diakses tanggal 27 April 2015)3. http://www.bloggaul.com/dennyhendrata/readblog/73346/nuklir (diakses tanggal 27 April 2015)