TUGAS FISIKA

“Peluruhan”

Disusun oleh

Nama: 1. Anugerah

2. Erick

3. Larasati

3. Ria Wijaya

4. Willy Wijaya

Kelas : XII IPA 1

SMA Xaverius 1

Palembang

2011

I. Pengertian dan Jenis

Peluruhan radioaktif (radioactive decay) atau biasa disebut juga Radioaktivitas

merupakan pemancaran sinar radioaktif secara spontan yang dilakukan oleh inti atom yang

tidak stabil agar menjadi inti atom yang stabil. Suatu inti atom yang tidak stabil terjdi

ketika jumlah proton jauh lebih besardari jumlah neutron. Pada keadaan inilah gaya

elektrostatis jauh lebih besar dari gaya inti sehingga ikatan atom-atom menjadi lemah dan

inti berada dalam keadaan tidak stabil.

Bila ketidakstabilan inti disebabkan karena komposisi jumlah proton dan neutronnya

tidak seimbang, maka inti tersebut akan berubah dengan memancarkan sinar radiasi alpha

(α) atau radiasi beta (β). Sedangkan kalau ketidakstabilannya disebabkan karena tingkat

energinya yang tidak berada pada keadaan dasar, maka akan berubah dengan

memancarkan radiasi gamma (γ ).

Terdapat tiga jenis peluruhan radioaktif secara spontan, yaitu peluruhan alpha (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 alpha (α)

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

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

alpha (α), yaitu suatu partikel yang terdiri atas dua proton dan dua neutron.

Partikel α mempunyai massa 4 sma dan muatan 2 muatan elementer positif.

Partikel α secara simbolik dinyatakan dengan simbol 2He4 karena identik dengan

inti atom Helium. Inti atom yang melakukan peluruhan α akan kehilangan dua

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

dapat dituliskan secara simbolik sebagai berikut

ZXA   ➔ Z-2YA-4  +  α

Contoh peluruhan partikel Alpha yang terjadi di alam adalah:

92U238  ➔  90Th234 + α

Sifat radiasi alpha:

1.1 Daya ionisasi partikel α sangat besar, ± 100 kali daya ionisasi partikel

β dan 10.000 kali daya ionisasi sinar γ.

1.2 Jarak jangkauan (daya tembus) nya sangat pendek, hanya beberapa

mm udara, bergantung pada energinya.

1.3 Partikel α akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau medan

listrik.

1.4 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 atau positron. Dalam proses

peluruhan β- atau yang biasa disebut dengan negatron, terjadi perubahan neutron

menjadi proton di dalam inti atom. Proses peluruhan ini dapat dituliskan sebagai

persamaan inti berikut.

Sedangkan dalam proses peluruhan β+ terjadi perubahan proton menjadi neutron di

dalam inti atom. Proses ini disebabkan inti mengandung terlalu banyak proton

(Z>N), sehingga untuk mencapai kestabilan, proton ditranspormasi menjadi

neutron dengan disertai pancaran beta positif. Peluruhan beta positif terjadi jika

suatu inti yang bermuatan Z berubah menjadi inti dengan muatan Z-1. proses

peluruhan ini dapat dituliskan sebagai persamaan inti berikut.

Sifat radiasi beta:

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

2.2 Jarak jangkauannya lebih jauh daripada partikel α, dapat menembus

beberapa cm udara.

2.3 Kecepatan partikel β berkisar antara 1/100 hingga 99/100 kecepatan

cahaya.

2.4 Karena sangat ringan, maka partikel β mudah sekali dihamburkan jika

melewati medium.

2.5 Partikel β akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau medan

listrik.

3. Radiasi 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).

Peluruhan ini dapat terjadi bila energi inti atom tidak berada pada keadaan dasar

(ground state), atau sering dikatakan sebagai inti atom yang tereksitasi (exited

state). Biasanya, peluruhan γ ini mengikuti peluruhan α ataupun β. Peluruhan γ

dapat dituliskan sebagai berikut ZXA*  ➔ ZXA + γ. Salah satu contoh peluruhan γ

yang mengikuti peluruhan β:

27Co60  ➔  28Ni60* + β

28Ni60*  ➔  28Ni60 + γ

Sifat Radiasi Gamma

3.1 Sinar γ dipancarkan oleh nuklida (inti atom) yang dalam keadaan

tereksitasi (isomer) dengan panjang gelombang antara 0,005 Å hingga

0,5 Å.

3.2 Daya ionisasinya di dalam medium sangat kecil sehingga daya

tembusnya sangat besar bila dibandingkan dengan daya tembus

partikel α atau β.

3.3 Karena tidak bermuatan, sinar γ tidak dibelokkan oleh medan listrik

maupun medan magnet.

II. Aktivitas Bahan Radioaktif

Inti radioaktif adalah inti yang memancarkan sinar radiokatif (sinar α, β, atau γ).

Akibat pemancaran sinar ini, inti radioaktif makin lama makin kecil (meluruh). Atau

dengan kata lain, peluruhan ialah perubahan inti atom yang tak-stabil menjadi inti atom

yang lain, atau berubahnya suatu unsur radioaktif menjadi unsur yang lain. Laju

perubahan inti radioaktif dinamakan aktifitas inti. Semakin besar aktifitasnya semakin

banyak inti atom yang meluruh tiap detiknya (catatan: aktifitas hanya berhubungan

dengan jumlah peluruhan tiap detik, tidak tergantung pada sinar apa yang dipancarkan).

Laju peluruhan – jumlah proses peluruhan per satuan waktu (∆N/ ∆t) --sebanding

dengan jumlah inti yang tidak stabil (N) dan suatu konstanta yang disebut sebgai

konstanta peluruhan (λ).

∆N/ ∆t = λ. N (III-1)

Aktivitas radiasi didefenisikan sebagai jumlah peluruhan yang terjadi di dalam satu detik

atau dengan kata lain adalah laju peluruhan itu sendiri.

A = λ. N (III-2)

Dari dua persamaan di atas, secara matematis akan diperoleh persamaan yang kerap

disebut sebagai hukum peluruhan, yaitu:

N = N0 . e- λ . t (III-3)

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

yang tidak stabil 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

A = A0 . e- λ . t (III-4)

Dimana A adalah aktivitas saat t0, 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. Aktivitas radioaktif sebagai fungsi dari waktu

Pada tahun 1976 dalam sistem satuan internasional (SI) aktivitas dinyatakan dalam

satuan Bequerel (Bq) yang didefenisikan sebagai:

1 Bq = 1 peluruhan per detik.

Sebelum itu digunakan satuan Curie (C) untuk menyatakan aktivitas radiasi yang

didefenisikan sebagai:

1Ci= 3,7 x 1010 peluruhan per detik

Dan satuan-satuan berkaitan yang lebih kecil, yaitu miliCurie (mCi) dan mikroCurie

1 mCi = 10-3 Ci

1 µCi = 10-6 Ci

III. Waktu Paro

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

suatu radioaktif menjadi separuhnya. Setiap radionuklida mempunyai waktu paro yang

unik dan tetap. Sevagai contoh, Co-60 mempunyai waktu paro 5,27 tahun dan Ir-192

adalah 74 hari.

Gambar lll-3: Aktivitas radioaktif setelah waktu paro

Nilai waktu paro suatu radionuklida dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini.

T1/2 = 0,693/ λ 

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.

A = (1/2)n . A0 (III-5)

IV. Deret Radioaktif

Deret radioaktif ialah suatu kumpulan unsur-unsur hasil peluruhan suatu radioaktif yang

berakhir dengan terbentuknya unsur yang stabil. Sebagai contoh inti induk uranium

mengalami peluruhan berantai hingga mencapai inti stabil. Selisih nomor massa inti

induk A = 238 dan nomor massa inti stabil A’ = 206 adalah 32, dan selisih nomor

atomnya 10. Ini menunjukkan pola radiasi sinar radioaktif yang dihasilkan adalah 4n + 2,

dengan adalah bilangan bulat. Dengan demikian akan diperoleh empat deret peluruhan

yang paling mungkin mengikuti aturan 4n, 4n+1, 4n+2, 4n+3. Dari Pola radiasi ini

diketahui 4 buah deret radioaktif yang terkenal, yaitu:

Adanya deret radioaktif di alam memungkinkan lingkungan hidup kita secara konstan

dilengkapi unsur-unsur radioaktif yang seharusnya sudah musnah, seperti yang

memiliki waktu paruh 1600 tahun. Jika dibandingkan dengan umur bumi 5,0 x 109 tahun

seharusnya sudah musnah. Tetapi karena adanya deret Uranium dengan waktu

paruh 4,47 x 109 tahun yang hampir sama dengan umur bumi, dalam beberapa langkah

peluruhan menghasilkan unsur maka sampai saat ini masih ditemui di alam.

V. Detektor Radioaktif

Sistem tubuh kita tidak dapat mendeteksi kehadiran sinar-sinar radioaktif, sehingga kita

memerlukan alat untuk mengenalinya. Alat untuk mengetahui keberadaan sinar

radioaktif dinamakan detektor radiasi. Hampir semua detektor radiasi berfungsi pada

keadaan energi tinggi dan bekerja berdasarkan prinsip bahwa radiasi akan memberikan

energi pada elektron-elektron dalam bahan sehingga elektron akan meninggalkan atom

dan selanjutnya atom menjadi ion-ion positif. Peristiwa ini dinamakan ionisasi. Ada

beberapa detektor radiasi yang cukup dikenal seperti diperlihatkan pada tabel berikut.

VI. Serapan Radioaktif

VI.1 Pelemahan Intensitas Radioaktif yang melewati medium

Pasien yang difoto dengan sinar-X, bagian-bagian yang tidak perlu difoto, khususnya

bagian organ kelamin dilindungi oleh baju kerja yang terbuat dari timbal.Jikaseberkas

foton-foton datang pada suatu medium, intensitasnya ternyata berkurang secara

eksponensial dengan menambahnya ketebalan penetrasi di dalam medium. Pelemahan

intensitas dalam medium ini mirip dengan mirip dengan persamaan radioaktif,yaitu

Pelemahan Intensitas

I = I0 . e-µx

dengan I0 adalah intensitas foton yang datang(diukur dalam jumlah foton/m2s),x

adalah jarak yang ditempuh berkas foton dalam medium,Ikat adalah intensitas berkas

setelah menempuh jarak x dan µ adalah parameter yang disebut koefisien pelemahan

medium (diukur dengan m-1).

VI.2 Dosis Serap

Dalam perambatannya sinar radioaktif membawa energi. Bila sinar radioaktif ini

mengenai suatu materi,maka energinya akan diserap oleh materi tersebut. Dosis

serapan (diberi lambang D) didefinisikan sebagai banyak energi radiasi pengion yang

diserap oleh materi per satuan massa.Satu rad adalah jumlah radiasi yang

meningkatkan energi 1 kg material penyerap dengan 1x 10-2 J.Dengan demikian, 1

rad = 10-2 J/kg. Dalam satuan SI,dosis serapan dinyatakan dalam gray (disingkat Gy).

Hubungan Gy dan rad adalah:

Gy = 1 joule/kg = 100 rad atau 1 rad = 0,01 Gy

Membandingkan kerusakan yang ditimbulkan oleh radiasi dengan kerusakan yang

ditimbulkan oleh sinar-X atau sinar gamma untuk dosis serapan yang sama,disebut

faktor kualitas atau RBE (relatifive biological effectiveness),diberi lambang Q.

Tabel faktor kualitas dari berbagai jenis radiasi

Radiasi Faktor Kualitas

Sinar-x 1,0

Sinar Gamma 1,0

Partikel Beta 1,0-1,7

Partikel Alfa 10-20

Neutron Lambat 4-5

Neutron Cepat 4-5

Proton 10

Ion-ion Berat 20

Dosis serapan ekivalen,H,dalam Sv,didefinisikan sebagai sebagai hasil kali dosis

serapan,D,dalam Gy,dengan factor kualitas, Q. Dengan demikian, Dosis serapan

ekivalen H (dalam Sv) = D (dalam Gy) x Q.

VII. Contoh Soal dan Pembahasan

1. Suatu bahan radioaktif yg disimpann pd suatu kotak timbal meluruh menghasilkan

zat non-radioaktif. pada suatu saat, detektor radiasi menunjukkan kecepatan hitungan

32/s. dua belas hari kemudian detektor radiasi menunjukkan hitungan 4/s. Hitung

waktu paro dan tetapan peluruhan zat radioaktif tersebut.

Jawaban:

Dik: N0 = 32/s

t = 12 hari

Na= 4/s

Dit: T1/2? λ?

Penyelesaian:

Nt = (1/2)n . No

4 = (1/2)n . 32

1/8 = (1/2) n

     (1/2)3 = (1/2) n

    n = 3

                

   12 / T1/2 = 3

T 1/2 = 4 hari

λ = 0,693 / T1/2

            = 0,693 / 4

                  = 0,17325 m

2. Seberkas sinar alfa mempunyai luas penampang 2 cm3 dan membawa 7 x 108

partikel/detik. Energi tiap partikelnya adalah 1,25 MeV. Berkas ini menembus daging

setebal 0,75 cm (massa jenis 0,95 g/ cm3) dan kehilangan 5% dari intensitasnya.

Tentukan dosis serapan (dalam Gy) dan dosis serapan ekivalen (dalam Sv) yang

diserap oleh daging itu setiap detiknya.

Jawab :

Dosis serapan ialah energi yang terserap dalam setiap kg zat (dalam hal ini daging).

Jumlah partikel yang diserap tiap detik adalah

Energi yang terserap per detik adalah :