RADIOAKTIVITAS Radioaktif = radio (radiasi) + aktif Bahan radioaktif adalah bahan-bahan yang aktif memancarkan radiasi dari dalam bahan itu sendiri. Radiasi yang dipancarkan berupa : GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK ( sinar ) dan PARTIKEL BERKECEPATAN TINGGI ( sinar dan sinar ). Partikel Dasar penyusun Atom. Partikel dasar penyusun atom adalah proton, netron dan elektron.

No Nama Pertikel Muatan partikel

(coulomb) Massa Partikel

(kg) Massa Partikel (sma)

1 Proton + 1,6 x 10-19 +e 1,6726 x 10-27 1,007276 2 Netron Netral 1,6750 x 10-27 1,008665 3 Elektron -1,6 x 10-19 -e 9,109 x 10-31 0,00549

*) Di dalam inti atom hanya terdiri dari PROTON dan NETRON. Satuan Massa Atom (sma) amu (atomic mass unit)

27

11 sma = massa isotop karbon-1212

=1,660559 10 kg

Simbol Nuklida ( inti atom )

Nuklida disimbolkan dengan AZ X .

Dimana : X : singkatan nama atom/nuklida Z : nomor atom menunjukkan jumlah proton di dalam inti atom. A : nomor massa menunjukkan jumlah proton dan netron di dalam inti atom. Contoh : 23592U adalah simbol untuk Uranium.

Jadi dalam inti Uranium ( 23592U )ini memiliki : Proton sebanyak : 92 Netron sebanyak : 143 ( n = Z A ) Massa Defek defect mass ? Jika dihitung, total massa penyusun atom (inti atom) sebenarnya akan selalu lebih besar dibanding massa atom (inti) yang ditemukan di alam ini. Bagaimana hai ini bisa terjadi? Hal ini terjadi karena sebagian massa partikel penyusun atom (penyusun inti atom) tersebut diubah menjadi energi. Energi inilah yang berfungsi untuk mengikat inti atom.

Akibatnya massa atom menjadi menyusut. Penyusutan massa atom ini dinamakan massa defek (defect mass m). Cara menghitung massa defek (inti):

inti proton netron proton netronm m m m Jika massa elektron diperhitungkan (atom):

proton netron elektron proton netron elektron atomm m m m m Contoh : Suatu atom helium ( 42 He ) memiliki massa 4,00260 sma. Jika diketahui massa proton adalah 1,00728 sma, massa netron adalah 1,00867 sma, maka hitunglah massa defek atom helium ! Karena di dalam inti 42 He terdapat 2 proton dan 2 netron, maka:

42

2 2 2

2 1,00728 2 1,00867 2 0,0055 4,002600,0304 sma

proton netron elektron Hem m m m m

Energi Ikat Inti ( BINDING ENERGY ) Energi Ikat Inti adalah energi yang yang mengikat proton dan netron di dalam inti. Energi Ikat Inti berasal dari massa defek. Besarnya energi ikat inti dapat dihitung dengan persamaan:

2ikatE mc dalam satuan joule (m dalam kilogram), atau

931,5ikatE m dalam satuan MeV (m dalam sma)

(MeV = mega elektron volt, 1 MeV = 106 eV) ISOTOP Isotop inti-inti yang memiliki jumlah proton yang sama tapi netron berbeda. ( Nama intinya pasti sama ). Contoh : 1H1 dan 1H2 dan 1H3 (proton, detron dan triton atau proton, deutrium dan tritiumm, H-1, H-2, H-3). RADIOAKTIVITAS Gejala pemancaran radiasi (pemancaran energi) secara aktif oleh inti atom tak stabil disebut keradioaktifan ( radioaktivitas). Mengapa memancarkan radiasi ? Karena atom-atom yang tidak stabil cenderung untuk berubah menjadi stabil. Karena terjadi pemancaran energi dari dalam inti atom, padahal energi setara dengan massa. Maka massa inti atom akan mengalami perubahan ketika memancarkan radiasi. Jika ada proton yang keluar dari inti atom, maka jumlah proton dalam inti menjadi berkurang. Padahal jumlah proton adalah khas untuk setiap atom, misalnya atom Helium memiliki 2 proton, atom hidrogen memiliki 1 proton, dst. Jika terjadi

pengurangan jumlah proton maka intinya akan berubah. Peristiwa ini disebut TRANSMUTASI INTI. Energi radiasi yang dipancarkan oleh inti tak stabil berupa berkas sinar radioaktif. Sinar radioaktif ini ada 3 macam, yaitu sinar alfa (), sinar beta () dan sinar gamma (). Sinar Alfa (). Sinar alfa adalah partikel berkecepatan tinggi (di ruang hampa bisa mencapai 0,1c) dan bermassa sama dengan inti atom helium dan bermuatan +2e. Maka tidak lain sinar alfa adalah inti atom helium yang berkecepatan tinggi. Simbol sinar alfa adalah 42 atau

42 He

. Jika inti atom memancarkan sinar , maka dari inti atom tersebut akan dipancarkan 2proton dan 2 netron 1 1 4

0 1 22 2n p He

4 42 2

A AZ ZX Y energi

Sinar Beta (). Sinar beta adalah juga partikel berkecepatan sangat tinggi (mencapai 0,9c). Massa sinar beta sama dengan massa elektron dan bermuatan - 1e. Maka tidak lain sinar beta adalah elektron berkecepatan sangat tinggi. Simbol sinar beta adalah 01 atau

01e .

Jika inti atom memancarkan sinar , maka inti atom tersebut akan menyerap 1 elektron. nomor atomnya bertambah 1.

01 1

A AZ ZX Y energi Sinar Gamma (). Sinar gamma memiliki kecepatan 1c. Jadi sinar gamma itu sama dengan gelombang elektromagnetik (karena kecepatannya sama dengan kecepatan cahaya. Tidak ada benda/pertikel yang bisa bergerak secepat cahaya). Karena berupa gelombang elektromagnetik, maka sinar gamma ini tidak bermassa dan tidak bermuatan. Simbol sinar gamma adalah 00 . Jika inti atom memancarkan sinar , maka inti atom tersebut tidak mengalami perubahan massa dan nomor atom.

00

A AZ ZX X energi Sifat-sifat sinar radioaktif: 1. Dapat menembus benda-benda tipis. 2. Kecepatannya tinggi. 3. Energinya tinggi (bisa mengionisasikan gas yg dilewati). 4. Bermuatan Listrik (khusus sinar dan sinar ). 5. Dibelokkan dalam medan magnet dan medan listrik (khusus sinar dan sinar ). 6. Menghitamkan plat film.

Urutan Daya Tembus sinar radioaktif ( dari besar kecil). Sinar sinar sinar . Urutan kecepatan sinar radioaktif ( dari besar kecil ). Sinar sinar sinar . Urutan daya ionisasi sinar radioaktif ( dari besar kecil ). Sinar sinar sinar .

Sinar Identik dgn Nomor Massa (sma)

Muatan Kelajuan Max Daya

tembus Sifat dlm medan

Alfa Inti Helium 4 +2e 0,1c Selembar kertas dibelokkan

Beta Elektron cepat 1

1084 -1e 0,9c

Selembar alumunium

3 mm dibelokkan

Gamma G.E.M. 0 0 C Selembar timbal 3 cm Tidak

dibelokkan Daya tembus Sinar Radioaktif.

Intensitas yang diteruskan :

12

xHVL

oI I

x : tebal bahan HVL : Half Value Layer ( lapisan setengah nilai = tebal bahan yang menyebabkan

intensitasnya tinggal setengah dari intensitas semula) Atau :

0xI I e

: koefisien pelemahan bahan. e : bilangan alami / bilangan natural ( e = 2,718) x : tebal bahan Hubungan antara dan HVL :

ln2HVL

Pelurahan Inti Radioaktif ( Disintegrasi )

Dalam usahanya untuk menjadi stabil, inti tak stabil memancarkan radiasi sinar radioaktif. Banyaknya partikel yang dipancarkan dari dalam inti setiap sekon dinamakan aktivitas radiasi ( A ). Satuan aktivitas radiasi adalah pertikel/sekon, becquerel (Bq) atau curie (Ci). 1 Bq = 1 partikel/sekon 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq Aktivitas Radioaktif. Aktivitas radioaktif (A) didefinisikan sebagai laju peluruhan inti radioaktif.

N dNAt dt

Dimana : A : aktivitas radiasi (satuannya partikel/sekon). N : jumlah partikel. t : waktu Jumlah Inti Tak Stabil yang tersisa dalam peluruhan ( N ).

Jika semula ada sebanyak No inti tak stabil, maka setelah meluruh selama t, jumlah inti tak stabil yang tersisa adalah :

12

tT

oN N

Dari rumus tersebut jika: t = 0 N = No. t = T N = No. t = 2T N = No. t = 3T N = 1/8 No. t = 4T N = 1/16 No. dst Waktu Paro (T) waktu setengah umur (HALF LIFE) Waktu paro (waktu setengah umur / half life) adalah waktu dimana jumlah partikel tak stabil yang tersisa tinggal setengah jumlah mula-mula.

Konstanta Peluruhan (). Dalam peristiwa meluruhnya inti tak stabil menjadi stabil, banyaknya pancaran partikel sebanding dengan jumlah partikel yang tersisa.

A N Konstanta pembanding () dalam persamaan ini dinamakan konstanta peluruhan. Satuan konstanta peluruhan adalah s -1. Hubungan Konstanta Peluruhan () dan waktu paro (T).

ln 2

0,693

T

T

Bentuk lain rumus peluruhan.

Rumus 12

tT

oN N

dapat pula dinyatakan dalam bentuk lain yaitu:

toN N e

, dengan e adalah bilangan natural ( e = 2,718 ). Untuk menghitung massa :

12

tT

om m

Penurunannya sbb: 23

0

6,02 10 /

12

12

12

12

A

A

tT

tT

A o A

tTo

tT

o

N partikel molmn

MRN nN

N N

nN n N

mmMR MR

m m

Dan untuk menghitung aktivitas radiasi:

12

12

tT

o

tT

o

A N

N

A

Reaksi Inti ( Reaksi Nuklir ). Reaksi inti adalah reaksi yang terjadi di dalam inti atom. Berbeda denga reaksi kimia, rekasi inti melibatkan proton dan netron di dalam inti atom, sedangkan rekasi kimia hanya melibatkan kulit atom saja (hanya melibatkan elektron di kulit terluar saja). Persamaan reaksi inti:

( )a X Y b Q kalor a dan X : pereaksi b dan Y : hasil reaksi Q : energi reaksi, yaitu energi yang timbul karena defek massa pereaksi. Untuk menghitung energi reaksi (Q), dipakai persamaan:

931,5 MeVpereaksi hasil reaksiQ m m Contoh: Hitunglah besarnya ENERGI yang menyertai reaksi 2 3 4 11 1 2 0H H He n Q . Jika diketahui :

2 3 4

1 1 2

2, 009 sma ; m 3, 016 sma ; m 4, 003 sma

m 1,009 sma ; 1 sma 931,5 MeVH H He

netron

m

Jawab:

2 3 41 1 2

931,5

931,5

2,009 3,016 4,003 1,009 931,50,013 931.512,1095 MeV

pereaksi hasil reaksi

nH H He

Q m m

m m m m

Jenis Reaksi Nuklir. Ada 2 macam reaksi nuklir, yaitu reaksi fisi (pembelahan) dan reaksi fusi (penggabungan).

1. Reaksi Pembelahan Inti (Fisi) Adalah reaksi pembelahan inti berat menjadi inti-inti lain yang lebih ringan.

Contoh: 1 235 141 92 10 92 56 36 03n U Ba Kr n Q Pada rekasi tersebut inti berat Uranium-235 ditembak netron sehingga membelah menjadi Barium dan Kripton yang lebih ringan dibandingkan dengan Uranium. Dalam reaksi tersebut dihasilkan pula netron bebas (netron cepat) sebanyak 3 buah dan energi kalor Q

2. Reaksi Penggabungan Inti (Fusi) Adalah reaksi penggabungan inti-inti ringan menjadi inti lain yang lebih berat.

Contoh: 2 3 4 11 1 2 0H H He n Q Pada rekasi tersebut inti-inti ringan Hidrogen-2 dan Hidrogen-3 digabungkan sehingga menjadi inti Helium-4 yang lebih berat dibandingkan dengan Hidrogen. Dalam reaksi tersebut dihasilkan pula netron bebas (netron cepat) sebanyak 1 buah dan energi kalor Q. Contoh di atas adalah reaksi penggabungan Hidrogen menjadi Helium yang terjadi di bintang dan matahari. (Reaksi Fusi hanya bisa berlangsung pada suhu yang sangat tinggi).

REAKTOR NUKLIR Reaktor Nuklir adalah tempat untuk melaksanakan rekasi nuklir secara terkendali.

Bagian-bagiannya:

1. Bahan bakar Uranium 2. Teras Reaktor tempat terjadinya reaksi 3. Batang kendali / penyerap netron Boron, Hafnium 4. Moderator/memperlambat netron Grafit atau air berat (D2O atau T2O). 5. Pendingin air biasa (H2O). 6. Perisai tembok beton tebal.

Energi yang dihasilkan : Energi Total :

setiap intifisiE N E Jumlah partikel (jumlah inti) :

Avogadro

mN N

MR

Laju fisi:

fisi

Plaju fisi

E

TEKNOLOGI NUKLIR Pemanfaatan teknologi nuklir dalam kehidupan sehari-hari sangat banyak. Bahkan dalam keseharian hidup kita, kita menggunakan radioaktif, yaitu kita mengkonsumsi garam beryodium. Sebenarnya garam beryodium adalah garam biasa yang dicampur dengan isotop Yodium-131 (I-131). Pemanfaatan Teknologi Nuklir.

1. Dalam Bidang Kedokteran dan Kesehatan Isotop Natrium dimanfaatkan untuk mencari letak terjadinya penyumbatan pembuluh darah. Isotop Kobalt dimaanfaatkan untuk mematikan sel-sel kanker.

Isotop Yodium dimanfaatkan untuk menghambat pertumbuhan kelenjar gondok.

2. Dalam Bidang Industri Radiasi sinar gamma bisa dimanfaatkan untuk memonitor ketebalan pada pabrik pembuat benda-benda tipis seperti kertas, plastik, dll.

3. Dalam Bidang Tenaga

Nuklir dimanfaatkan sebagai bahan bakar pada reaktor atom penghasil tenaga (PLTN).

4. Dalam Bidang Penelitian dan Arkeologi ( Kepurbakalaan )

Nuklir dimanfaatkan untuk meneliti umur fosil makhluk-makhluk purba (Carbon Dating). Nuklir juga bisa dimanfaatkan untuk meneliti keaslian lukisan-lukisan ternama.

5. Dalam Bidang Pertanian ( Holtikultura )

Nuklir dimanfaatkan untuk membuat tumbuhan budidaya berumur pendek ( misal: padi IR IRRI ), semangka tanpa biji, dll. Pemercepat Partikel ( Particle Accelerator ) Untuk menembak inti diperlukan partikel berkecepatan tinggi. Untuk itu perlu dibuat alat untuk mempercepat partikel. Contoh pemercepat partikel : 1. Akselerator Lurus ( Linear Accelerator = LINAC )

2. Betatron.

3. Siklotron ( Cyclotron ).

4. Sinkroton ( Syncrotron ).

ALAT PENDETEKSI RADIASI (DETEKTOR). Adalah alat untuk mendeteksi ada tidaknya radiasi sinar radioaktif. Contoh detektor radiasi:

1. Tabung Geiger Muller ( GM Tube )

2. Kamar kabut Wilson ( Cloud Chamber )

3. Kamar Gelembung ( Bubble Chamber )

4. Foto emulsi Plat foto peka terhadap radiasi sinar radioaktif. 5. Sintilator ( Scintilator )

( Gambar dan skema bisa dilihat di Wikipedia )

Contoh soal: Sebuah reaktor pembangkit listrik bertenaga nuklir Uranium ( 23592U ) dapat menghasilkan daya 100 MW. Diketahui energi fisi Uranium sebesar 200 MeV. Berapa massa Uranium yang diperlukan untuk mengoperasikan reaktor tersebut selama 30 hari?

6

26 6 19

.

. .

100 10 30 24 3600 2356,02 10 200 10 1,6 10

3,161 kg

reaktor fisi

A fisi

A fisi

E N E

mP t N EMR

P t MRmN E

Berapakah aktivitas radiasi dari 10 gram radium ( 22688 Ra ) yang memiliki waktu paro 1620 tahun?

23

11

11

ln 2

0,693 10 6,02 101620 365 24 600 2263,6140 10 partikel/sekon

=3,6140 10 Bq=9,77 Ci

A

A Nm N

T MR

(Ingat : 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq ) Diketahui aktivitas 1 gram radium ( 22688 Ra ) adalah 0,98 Ci. Berapakah waktu paronya?

2310

10

ln 2

ln 2

0,693 1 6,02 100,98 3,7 10 2265,09197 10 sekon

=1614 tahun

A

A

A NmA N

T MRmT N

A MR

Hitunglah energi ikat pembentukan inti atom Karbon-12 ( 126C ) jika diketahui massa proton = 1,007276 sma; massa netron = 1,008665 sma dan massa Karbon-12 = 12,000000 sma ? ( 1 sma 931,5 MeV ) Inti atom Karbon-12 terdiri atas 6 proton dan 6 neteron:

1 1 121 0 66 6 ikatp n C E

Maka energi ikatnya (Eikat) adalah:

inti

931

931,5

6 1,007276 6 1,008665 12 931,589,09MeV

ikat defek

proton netron

E m

m m m

Pelindung radiasi digunakan agar intensitas yang diterima tinggal 10% dari intensitas sumber radiasi. Jika koefisien pelemahan bahan pelindung tersebut 0,5 cm-1 berapakah tebal bahan pelindung radiasi tersebut?

0

0 010%0,1

ln 0,1 lnln 0,1 2,30259 4,60518 cm

0,5

x

x

x

I I eI I e

ex e

x

Aktivitas radiasi suatu sumber radioaktif berkurang 7

8 bagian dari aktivitas awalnya

dalam waktu 30 jam. Tentukan waktu paro dan tetapan peluruhannya!

0

30

0 0

303

12

1 18 2

1 1 30 3 10 jam2 2

ln 2 0,693 0,0693 /jam10

tT

T

T

A A

A A

TT

T

1 kilogram Polonium ( 21884 Po ) memancarkan partikel radioaktif dengan waktu paro 3 menit menjadi Timbal ( 20882 Pb ). Dalam waktu jam, berapa Polonium yang tersisa?

0

303

10

4

12

112

12

9,96 10 kg1 gram

tT

m m