MAKALAH PENGANTAR FISIKA INTI

RADIOAKTIVITAS

Oleh

Komang Suardika (0913021034)

JURUSAN PENDIDIKAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS MIPA

UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA SINGARAJA

2011

Radioaktivitas - 1 -

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Secara garis besar inti atom akan berada dalam dua keadaan dasar yaitu

Keadaan Stabil dan Keadaan Tidak Stabil yang ditentukan oleh komposisi partikel

penyusun inti. Keadaan stabil di capai apabila jumlah proton (Z) lebih sedikit atau

sama banyak dengan jkumlah netron. Keadaan ini memungkinkan gaya inti lebih

besar dibandingkan dengan gaya elektrostatis. Keadaan tidak stabil dicapai

apabila jumlah proton (Z) lebih besar dari jumlah netron (N). Hal ini akan

menyebabkan gaya elektrostatis bekerja pada jangkauan yang lebih besar dan

gaya inti bekerja pada jangkauan yang kecil. Mengapa gaya elektrostatis pada

keadaan Z > N lebih besar? Karena gaya elektrostatis memiliki jangkauan yang

lebih luas dibandingkan dengan gaya inti, sehingga pada partikel proton dalam inti

berada pada jangkauan yang kecil yang berdekatan dan berseberangan sekalipun.

Inti atom seperti inilah yang akan melakukan aktivitas radiasi secara spontan

sampai tercapai keadaan stabil. Keadaan inti dengan jumlah proton (Z) lebih besar

dari jumlah netron (N) akan menghasilkan zat radioaktif. Gambar di bawah

berikut menunjukkan karakteristik gaya inti dan gaya elektroststis di dalam inti

atom.

Suatu inti atom berada dalam keadaan tidak stabil jika jumlah proton jauh

lebih besar dari jumlah netron atau sebaliknya. Berikut akan dibahas secara rinci

mengenai zat radioaktif.

Radioaktivitas - 2 -

Gambar : Gaya Inti terjadi pada partikel

yang saling berdekatan saja

Gambar :Gaya elektroststis terjadi pada partikel

yang berdekatan dan berjauhan

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas, ada beberapa masalah yang perlu dikaji

lebih dalam diantaranya:

1.2.1 Bagaimana penemuan dan jenis-jenis Radioaktivitas

1.2.2 Bagaimana hukum Peluruhan Radioaktivitas

1.2.3 Bagaimana Peluruhan Radioaktif Berurutan

1.2.4 Bagaimana Keseimbangan Radioaktif

1.2.5 Bagaimana Deret Radioaktif Alam

1.2.6 Bagaimana Satuan Radioaktivitas

1.3 Tujuan Penulisan

1.3.1 Untuk mengetahui asal mula penemuan radioaktivitas dan jenis-

jenis Radioaktivitas

1.3.2 Untuk mengetahui Bagaimana hukum Peluruhan Radioaktivitas

1.3.3 Untuk mengetahui Bagaimana Peluruhan Radioaktif Berurutan

1.3.4 Untuk mengetahui Bagaimana Keseimbangan Radioaktif

1.3.5 Untuk mengetahui Bagaimana Deret Radioaktif Alam

1.3.6 Untuk mengetahui Bagaimana Satuan Radioaktivitas

1.4 Metoda penulisan

Metoda yang digunakan dalam penulisan makalah ini adalah metoda

kajian pustaka, yakni penulis mengumpulkan beberapa buku sumber yang ada

kaitannya dengan isi makalah yang kemudian menulis, menganalisis, merefleksi

ulang serta mencoba menguraikan kembali tentang berbagai tulisan yang relevan

dengan penulisan makalah ini.

Radioaktivitas - 3 -

BAB IIPEMBAHASAN

2.1 Penemuan dan Jenis-jenis Radioaktivitas

Radioaktivitas adalah kemampuan inti atom yang tak-stabil untuk

memancarkan radiasi menjadi inti yang stabil. Radioaktivitas merupakan suatu

fenomena dimana suatu bahan dapat memancarkan atau mengemisikan radiasi.

Materi yang mengandung inti tak-stabil yang memancarkan radiasi, disebut zat

radioaktif. Radioaktivitas suatu unsur radioaktif (radionuklida) dicirikan oleh

konstanta peluruhan (l), yang menyatakan laju peluruhan tiap detik, dan waktu

paro (t½) serta kwantitas waktu rata-rata (τ) . Ketiga besaran tersebut bersifat khas

untuk setiap radionuklida. Berdasarkan sumbernya, radioaktivitas dibedakan atas

radioaktivitas alam dan radioaktivitas buatan. Radioaktivitas buatan banyak

digunakan di berbagai bidang. Bahan pertama yang digunakan adalah Uranium.

Radioaktivitas ditemukan oleh H. Becquerel pada tahun 1896. Becquerel

menamakan radiasi dengan uranium. Dua tahun setelah itu, Marie Curie meneliti

radiasi uranium dengan menggunakan alat yang dibuat oleh Pierre Curie, yaitu

pengukur listrik piezo (lempengan kristal yang biasanya digunakan untuk

pengukuran arus listrik lemah), dan Marie Curie berhasil membuktikan bahwa

kekuatan radiasi uranium sebanding dengan jumlah kadar uranium yang

dikandung dalam campuran senyawa uranium. Disamping itu, Marie Curie juga

menemukan bahwa peristiwa peluruhan tersebut tidak dipengaruhi oleh suhu atau

tekanan, dan radiasi uranium dipancarkan secara spontan dan terus menerus tanpa

bisa dikendalikan. Marie Curie juga meneliti campuran senyawa lain, dan

menemukan bahwa campuran senyawa thorium juga memancarkan radiasi yang

sama dengan campuran senyawa uranium, dan sifat pemancaran radiasi seperti ini

diberi nama radioaktivitas.

Pada tahun 1898, ia menemukan unsur baru yang sifatnya mirip dengan

bismut. Unsur baru ini dinamakan polonium diambil dari nama negara asal Marie

Curie, yaitu Polandia. Setelah itu H. Becquerel dan Marie Curie melanjutkan

penelitiannya dengan menganalisis pitch blend (bijih uranium). Mereka

berpendapat bahwa di dalam pitch blend terdapat unsur yang radioaktivitasnya

lebih kuat daripada uranium atau polonium. Pada tahun yang sama mereka

Radioaktivitas - 4 -

mengumumkan bahwa ada unsur radioaktif yang sifatnya mirip dengan barium.

Unsur baru ini dinamakan radium (Ra), yang artinya benda yang memancarkan

radiasi. Detail dari penemuan ini dapat dilihat pada pokok bahasan tentang

Penemuan Radioaktivitas Alam. Sampel radioaktif tidak dipengaruhi oleh

perubahan fisika maupun perubahan kimia. Perubahan fisika misalnya tekanan,

volume dan tempertur atau perubahan kimia itu tidak mengubah tingkat emisi atau

pancaran dari radiasi.

Perbedaan Sifat dari jenis Radiasi

Radioaktivitas merupakan suatu akibat peluruhan spontan pada suatu

atom yang menghasilkan unsur yang baru yang berbeda dari unsur semula atau

awalnya. Hal ini dikemukakan oleh E. Rutherford dan F. Soddy tahun 1902.

Setelah itu maka beberapa peneliti ingin melakukan penelitian tentang sifat

radiasi. Adapun sifat radiasi itu adalah:

Daya tembus yang kuat

Dapat mengionisasi

Kelakuan atau sifatnya dibawah pengaruh medan magnet atau

medan listrik.

Dari sifat-sifat radiasi tersebut, maka jenis radiasi dapat digolongkan

menjadi 3 golongan yaitu: partikel alpha (α), partikel betha (β), sinar gamma (γ).

Radioaktivitas - 5 -

Jenis-jenis radiasi tersebut memiliki sifat-sifat sesuai denga sifat dari

radiasi yaitu:

Sifat-sifat radiasi partikel alpha (α):

Peluruhan alfa adalah salah satu bentuk peluruhan radioaktif dimana

sebuah inti atom berat tidak stabil melepaskan partikel alfa dan meluruh menjadi

inti yang lebih ringan dengan nomor massa empat lebih kecil dan nomor atom dua

lebih kecil dari semula.

Sifat-sifat radiasi sinar apartikel alphaadalah sebagai berikut:

1. Daya tembus yang sangat lemah (dapat menembus selembar kertas).

2. Daya ionisasi tinggi. Sinar alpha bisa mengionisasi gas-gas yang ada

disekililingnya yang dilewati. Pada saat melintas, dia akan memberikan

energinya sehingga kecepatannya mencapai kecepatan termal sehingga

dia tidak bisa mengionisasi lagi dan hanya mampu menangkap electron

dan membentuk atom.

3. Mengalami pembelokkan pada medan listrik atau medan magnet.

4. Rasio muatan per massanya dua kali rasio muatan per massa ion

hydrogen (H) berarti massanya 4 kali massa ion hydrogen. Rasio ini

diperoleh dari pengukuran dengan metoda defleksi oleh medan listrik

dan medan magnet.

5. Kecepatan partikel alpha, berada pada jangkauan 1.4 x 10-9 cm/s

sampai 2.2 x 10-9 cm/s.

Radioaktivitas - 6 -

6. Partikel alpha mengakibatkan flouresensi. Flouresensi adalah

berpijarnya suatu bahan. Hal itu bisa terjadi karena adanya tumbukan

partikel pada layar flouresensi. Jika diteliti layar flouresensi pijaran

tersebut membentuk deret, pijaran ini berarti partikel alpha bersifat

diskrit.

Sifat-sifat radiasi Partikel Beta (β)

Peluruhan beta adalah peluruhan radioaktif yang memancarkan partikel

beta (elektron atau positron). Pada kasus pemancaran sebuah elektron, peluruhan

ini disebut sebagai peluruhan beta minus (β−), sementara pada pemancaran

positron disebut sebagai peluruhan beta plus (β+).

Sifat-sifat radiasi sinar beta adalah sebagai berikut:

1. Daya tembusnya lebih kuat dari partikel alpha, yaitu seratus kali lebih

kuat dari partikel alpha, tetapi pada selembar aluminium foil.

2. Daya ionisasi lebih kecildari partikel alpha

3. Mengalami pembelokan pada medan listrik dan medan magnet.

Pembelokannya lebih besar dari Alpha. Hal itu karena partikel Beta

memiliki massa yang lebih kecil dari partikel alpha sehingga lebih

mudah dibelokkan.

4. Untuk partikel beta, . Kecepatan partikel beta lebih besar dari partikel

alpha. Jangkauan kecepatan paling atas bisa mencapai kecepatan cahaya

yakni 0,99c.

Radioaktivitas - 7 -

5. Kemampuan untuk memendarkan bahan sangat bagus. Warnanya itu

tergantung pada bahan flouresensi.

Sifat-sifat radiasi Sinar Gamma

Sinar gamma (seringkali dinotasikan dengan huruf Yunani gamma, γ)

adalah sebuah bentuk berenergi dari radiasi elektromagnetik yang diproduksi oleh

inti radioaktifitas.

Sinar gamma tergolong spektrum elektromagnetik energi-tertinggi.

Mereka seringkali didefinisikan bermulai dari energi 10 keV/ 2,42 EHz/ 124 pm,

meskipun radiasi elektromagnetik dari sekitar 10 keV sampai beberapa ratus keV

juga dapat menunjuk kepada sinar X keras. Adapun sifat-sifat radiasi sinar gamma

adalah:

1. Daya tembusnya paling tinggi, yaitu seratus kali partikel beta.

2. Daya ionisasi dalam taraf yang sangat kecil. Bahkan dikatakan bahwa

sinar gamma hampir tidak bisa mengionisasi.

3. Tidak mampu dibelokkan oleh muatan listrik dan magnet. Hal itu

Karena sinar gamma tidak bermuatan.

4. Kecepatan sinar gamma sama dengan kecepatan cahay dan memiliki

energi yang besar.

5. Panjang gelombangnya 1,7 x 10-10 cm sampai 4,1 x 10-8 cm.

Radioaktivitas - 8 -

2.2 Hukum Peluruhan Radioaktif

Peluruhan radioaktif adalah kumpulan beragam proses di mana sebuah inti

atom yang tidak stabil memancarkan partikel subatomik (partikel radiasi).

Peluruhan terjadi pada sebuah nukleus induk dan menghasilkan sebuah nukleus

anak. Ini adalah sebuah proses acak sehingga sulit untuk memprediksi peluruhan

sebuah atom. Satuan internasional (SI) untuk pengukuran peluruhan radioaktif

adalah becquerel (Bq). Jika sebuah material radioaktif menghasilkan 1 buah

kejadian peluruhan tiap 1 detik, maka dikatakan material tersebut mempunyai

aktivitas 1 Bq. Karena biasanya sebuah sampel material radiaktif mengandung

banyak atom,1 becquerel akan tampak sebagai tingkat aktivitas yang rendah;

satuan yang biasa digunakan adalah dalam orde gigabecquerels.

Diasumsikan bahwa masing-masing inti yang tidak meluruh jika

mempunyai probabilitas λ maka inti akan meluruh beberapa detik kemudian

(asumsikan bahwa λ<<1). Pada waktu dt probabilitas masing-masing atom

menjadi λ dt yang meluruh. Jika N atom tidak meluruh pada waktu yang

ditentukan, banyaknya dN, akan meluruh pada waktu yang singkat, dt, dan

memberikan :

………………………………………………………

(1)

Masing-masing ruas dapat diintegrasikan dengan syarat waktu (t) = 0, dan

banyaknya atom radioaktif yang belum meluruh N0, yaitu:

…………………………………………………………(2)

Di mana N(t) adalah banyaknya atom radioaktif pada saat t

Probabilitas, λ, yang digunakan pada persamaan di atas disebut konstanta

peluruhan. Sehingga dapat digunakan aktivitas radioaktif pada setiap sampel, yang

digambarkan dengan banyaknya disintegrasi per detik yang diakibatkan dari

sebuah samapel. Dan dari persamaan (3), maka:

Radioaktivitas - 9 -

Aktivitas =

…………………………………………………. (3)

a. Waktu paruh (Half-life)

Waktu paro (t½) adalah waktu yang diperlukan oleh suatu radionuklida

untuk meluruh sehingga jumlahnya tinggal setengahnya. Radiasi radionuklida

mempunyai sifat yang khas (unik) untuk masing-masing inti. Peristiwa

pemancaran radiasi suatu radionuklida sulit untuk ditentukan, tetapi untuk

sekumpulan inti yang sama, kebolehjadian peluruhannya dapat diperkirakan.

Waktu paro bersifat khas terhadap setiap jenis inti.

Waktu paruh (half-life) dari sejumlah bahan yang menjadi subjek dari

peluruhan eksponensial adalah waktu yang dibutuhkan untuk jumlah tersebut

berkurang menjadi setengah dari nilai awal. Konsep ini banyak terjadi dalam

fisika, untuk mengukur peluruhan radioaktif dari zat-zat, tetapi juga terjadi dalam

banyak bidang lainnya. Tabel di kanan menunjukan pengurangan jumlah dalam

jumlah waktu paruh yang terjadi.

Setelah xwaktu paruh

Persen jumlahyang tersisa

0 100%

1 50%

2 25%

3 12,5%

4 6,25%

5 3,125%

6 1,5625%

7 0,78125%

... ...

Hubungan antara konstan peluruhan λ dan umur paro t1 / 2 dapat ditentukan

dengan mudah. Dan untuk waktu-paro akan berlaku, yaitu apabila t = t1 / 2, dan

aktivitas N telah menurun menjadi ½ N0. jadi,

Radioaktivitas - 10 -

Dengan mengambil logaritma alamiah kedua persamaan tersebut menjadi:

………………………………………… (4)

Karena t1 / 2 adalah waktu, maka λ adalah peluang per satuan waktu (det-1).

a. Umur rata-rata

Untuk mengetahui fenomena statistik alami ini, maka perlu digambarkan

kwantitas umur rata-rata (τ).

Umur rata-rata τ dari inti radioaktif dapat dihitung dengan penjumlahan

umur semua inti dan dibagi dengan total jumlah inti. Kira-kira dN1 inti

mempunyai waktu hidup t1, dN2 mempunyai t2, dN3 mempunyai t3, dan seterusnya,

sehingga:

…………………………………. (5)

Persamaan (5) diintegralkan menjadi

……………………………………………... (6)

Di mana N0 = , substitusi untu dN dari persamaan (3) ke

persamaan (6) dan integralkan, sehingga mengahasilkan

Radioaktivitas - 11 -

…………………………….

(7)

Oleh karena itu =

2.3 Peluruhan Radioaktif Berurutan

Banyak inti radioaktif yang mempunyai model peluruhan berbeda. Inti

anak yang dihasilkan dari proses peluruhan biasanya juga tidak stabil, kadang

lebih tidak stabil dari induknya. Bila kasus ini terjadi, inti anak tadi akan meluruh

lagi. Proses kejadian peluruhan berurutan yang menghasilkan hasil akhir inti

stabil, disebut rantai peluruhan.

Peluruhan radioaktif adalah proses dimana inti mengemisikan atau

memancarkan partikel alpha, beta, dan gamma atau partikel lain menangkap

elektron dari kulit terluar.

Jika mempunyai N1 inti induk kemudian mengalami peluruhan membentuk

sejumlah N2 yang kondisinya tidak stabil meluruhan dengan konstanta

peluruhannya dan meghasilkan N3 inti yang stabil (sesuai dengan diagram

peluruhan).

stabilNNN 32121 , atau

Gambar 1

Radioaktivitas - 12 -

N1

N2

N3

λ1

λ2

Inti induk

Inti yang stabil

Dari skema peluruhan di atas maka :

dtNdN 11 …………………………………………………… (8)

Keterangan:

λ = probabilitas kejadian per satuan waktu

dN1 = jumlah atom yang meluruh dalam waktu dt

Persamaan (1) dapat ditulis sebagai berikut.

111 N

dt

dN ……………………………………………………

(9)

dt

dN1 menyatakan laju peluruhan inti induk dengan laju 11 N . Tanda

negative (-) menyatakan berkurangnya N1 (jumlah inti mula-mula). Dengan

bertambahnya waktu, maka:

22112 NN

dt

dN ……………………………………………..

(10)

dt

dN2 menyatakan aktivitas pembentukan N2 dengan laju 11 N dan

pengurangan atau peluruhan N2 dengan laju 22 N .

223 N

dt

dN …………………………………………………….

(11)

dt

dN3 menyatakan laju pembentukan N3 dengan laju 22 N .

Persamaan (8), (9), dan (10) merupakan persamaan diferensial untuk skema

peluruhan di atas.

Jumlah inti induk, N1 pada saan t diperoleh dengan pengintegralan, sehingga

ctN

dtN

dNN

lnln 1

11

11

Syarat batas t = 0, N1=N10 masukkan ke persamaan, sehingga menjadi:

Sehingga bentuk persamaan (8) menjadi:

Radioaktivitas - 13 -

teN

N

tN

N

tNN

NtN

10

1

10

1

101

101

ln

lnln

lnln

teNN 101 ………………………………………………. (12)

teNN 101 merupakan jumlah inti pada saat t.

Inti untuk meluruh = N10 –N1 = N10 (1-e-λt).

11222

22112

NNdt

dN

NNdt

dN

Masukkan persamaan N1 sehingga diperoleh persamaan

teNNdt

dN 101222

………………………………………..(13)

Kedua ruas persamaan (13) dikalikan dengan te 2 , sehingga didapat:

tttt eeNeNdt

dNe 2122

101222

Atau

tt eNeNdt

d122

1012

……………………………………….(14)

Kemudian persamaan (14) diintegral menjadi

tt eNeNdt

d122

1012

……………………………………(15)

Integral diferensial suatu fungsi adalah fungsi itu sendiri. Sehingga bentuk

persamaan (8) menjadi

ceNeN tt

122

121012

1

………………………………

(16)

Radioaktivitas - 14 -

Kedua ruas persamaan (9) dikalikan dengan te 2 , sehingga kita peroleh:

tt ceeN

N 21

12

1012

……………………………………….

(17)

Pada saat t = 0, N2 =0.

cN

12

1010

1012

1 Nc

Substitusi nilai C ke persamaan (16), sehingga kita peroleh

tt eeNN 2110

12

12

……………………………… (18)

Persamaan (18) menyatakan inti anak pada keadaan t.

Dengan cara yang sama, persamaan (4) dapat diselesaikan, dimana kondisi

N3 = N30 = 0 pada t = 0, kita dapatkan

223 N

dt

dN

Masukkan nilai N2 pada persamaan di atas, sehingga menjadi

tt eeN

dt

dN21

1012

12

3

tt eNeNdt

dN21

12

2110

12

2110

3

…………………….

(19)

Kemudian integral persamaan (19), sehingga :

dteNeNdN tt

21

12

2110

12

21103

, menjadi

tt eeNN 12

12

2

12

1103

+ C……………………… (20)

Dimana diketahui bahwa kondisi N3 = N30 = 0 pada t = 0, kita dapatkan:

Radioaktivitas - 15 -

0

12

20

12

110

120

eeN + C, sehingga

C = -

12

2

12

110

N

Masukkan nilai C pada persamaan (20), sehingga diperoleh nilai N3

tt eeNN 12

12

2

12

1103 1

……………………. (21)

Persamaan (21) menyatakan inti atom cucu pada saat t. Persamaan itu

khusus pada kondisi hanya inti induk yang ada. Dimana N1 = N10, N20 = N30 = 0,

pada t = 0. Langkah selanjutnya adalah menentukan persamaan untuk N1, N2 dan

N3, jika N20 dan N30 adalah tidak nol saat t = 0. Adapun persamaannya adalah:

teNN 1101

……………………………………………………. (22)

ttt eNeeNN 2212010

12

12

………………………

(23)

ttt eeNeNNN 122

12

2

12

11020303 11

……

(24)

2.4 Keseimbangan Radioaktif

1. Keseimbangan Transien

Keseimbangan transien terjadi inti induk meluruh dengan konstanta

peluruhan yang mendekati konstanta peluruhan inti anak.

Khusus untuk kasus inti induk yang meluruh dengan konstanta peluruhan

λ1 menghasilkan inti anak N2 yang meluruh lagi dengan konstanta peluruhan λ2

menghasilkan N3 yang stabil.

Untuk mencari waktu yang diperlukan oleh N2 untuk mencapai waktu

maksimum tm, yaitu dengan cara mendeferensialkan N2 = 0 sehingga diperoleh

persamaan(18)

Radioaktivitas - 16 -

02 dt

dN

Sehingga diperoleh

mm tt eeNdt

dN21

211012

12 0

1

2

12

1 log

mt (25)

Kemungkinan untuk terpenuhinya λ1 ≈λ2 adalah:

1) Jika λ1 < λ2 itu berarti konstanta inti induk lebih kecil dari konstanta inti

anak. Berarti umur rata-rata inti induk lebih besar dari inti anak maka dari

persamaan 11, e-λ2t lebih cepat mencapai atau menuju ke nol dibandingkan

e-λ1t , sehingga ini diabaikan.

112

1

1012

12

1

N

eNN t

…………………………………… (26)

Persamaan (26) ini berarti peluruhan inti anak tergantung pada inti induk.

Ketika perbandingan aktivitas inti anak dan inti induk dinytakan dlam

persamaan berikut.

……………………………….(27)

Dalam kondisi ini inti induk dan anak dikatakan dalam keadaan

kesetimbangan transient.

2) Jika dalam kondisi lain λ2 < λ1, berarti e-λ2t dapat menjadi nol sehingga

dapa diabaikan.hal ini akan menunjukkan:

Radioaktivitas - 17 -

Waktu tertentu (certain time) inti anak meluruh dengan laju peluruhan

ditunjukkan dengan peluruhan konstan λ2 . Setelah waktu tertentu tersebut inti

induk lenyap dn inti anak meluruh dengan lajunya sendiri.

2. Kesetimbangan Permanent atau Sekular

Keseimbangan sekuler terjadi jika inti induk meluruh dengan konstanta

peluruhan yang jauh lebih kecil dari konstanta inti anak (λ1 <<< λ2). Dari

persamaan (11) yang merupakan peluruhan berantai dan perkiraan waktu paro dari

inti induk sagat lama jika dibandingkan dengan inti anak (λ1 <<< λ2 ). Dapat

dinyatakan:

Disederhanakan menjadi:

Karena dan. ≈ 1n

Selanjutnya, jika t sangat besar dibandingkan waktu hidup inti anak (t ≈

), kemudian menjadi tidak berarti dibandingkan dengan 1 dan persaman

di atas dapat ditulis

Yang menyatakan kuantitas N2 inti anak adalah konstan. Inti anak

dikatakan dalam keadan kesetimbangan permanen atau sekular terhadap inti

induknya. Karena waktu paro dari inti induk sangat lama, N10=N1. Maka:

Kondisi untuk kesetimbangan permanen atau sekular adalah:

……………………………………………… (28)

Radioaktivitas - 18 -

Persaman (28) dapat dengan mudah diperoleh dengan aplikasi persamaan untuk

kesetimbangan dN2/dt=0 menjadi

Hal ini juga menunjukkan dN1/dt=0-λ1N1, karena λ1 sangat kecil dan hasil λ1N1≈0.

Untuk kondisi dengan banyak peluruhan berantai yang inti induk memliki

waktu hidup lebih lama dari inti anaknya, kita dapat menuliskan kondisi

kesetimbanagn sekular menjadi:

atau

……………………………………… (29)

Berdasarkan contoh kesetimabangan sekular, menyatakan peluruhan Ra

(t1/2=1620 tahun) dan inti ananknya radon Rn (t1/2=3,82 hari). Setelah dalam

waktu lama t dibandingkan dengan dengan waktu paro dari Rn, jumlah Rn

menjadi konstan. Fakta ii ditunjukakan pada gambar 3. Di mana pada odinat dari

peluruhan dan kurve pertumbuhan menjadi kontan setelah waktu tertentu. Dalam

kondisi ini dikatakan Rn mengalami kesetimbangan permanen/sekular dari inti

induknya Ra.

Radioaktivitas - 19 -

1.0

0.5

0 1τ 2τ 3τ 4τ 5τ 6τ 7τ

Nomor Relatif, N

Waktu dalam unit τ satuan

peluruhan

recovery

Net recovery

Slow recovery

Kesetimbangan Sekular

peluruhan lambat

Gambar 3 (peluruhan dan recovery Radon)

2.5 Deret Radioaktif Alam

Berdasarkan asalnya, radioaktivitas dikelompokkan menjadi radioaktivitas

alam, dan radioaktivitas buatan, yaitu hasil kegiatan yang dilakukan manusia.

Dalam radioaktivitas alam, ada yang berasal dari alam dan dari radiasi kosmik.

Radioaktivitas buatan dipancarkan oleh radioisotop yang sengaja dibuat manusia,

dan berbagai jenis radionuklida dibuat sesuai dengan penggunaannya.

2.5.1 Radioaktivitas primordial

Pada litosfer, banyak terdapat inti radioaktif yang sudah ada bersamaan

dengan terjadinya bumi, yang tersebar secara luas yang disebut radionuklida alam.

Radionuklida alam banyak terkandung dalam berbagai macam materi dalam

lingkungan, misalnya dalam air, tumbuhan, kayu, bebatuan, dan bahan bangunan.

Radionuklida primordial dapat ditemukan juga di dalam tubuh mausia. Terutama

radioisotop yang terkandung dalam kalium alam. Uraian lengkap mengenai

radioaktivitas alam dijelaskan pada pokok bahasan "inti radioaktif alam (08-01-

01-02)".

2.5.2 Radioaktivitas yang berasal dari radiasi kosmik

Pada saat radiasi kosmik masuk ke dalam atmosfer bumi, terjadi interaksi

dengan inti atom yang ada di udara menghasilkan berbagai macam radionuklida.

Yang paling banyak dihasilkan adalah H-3 dan C-14. Kecepatan peluruhan dan

kecepatan pembentukan radionuklida seimbang, sehingga secara teoritis

jumlahnya di alam adalah tetap. Berdasarkan fenomena tersebut, maka dengan

mengukur kelimpahan C-14 yang ada dalam suatu benda, dapat ditentukan umur

dari benda tersebut dan metode penentuan umur ini dinamakan penanggalan

karbon (Carbon Dating).

Sebagai hasil penelitian dalam bidang Fisika dan Kimia pada unsur-unsur

radioaktif alam, maka terbukti bahwa masing-masing inti radioaktif merupakan

salah satu anggota dari tiga rantai panjang atau urutan radioaktif terbentang

melalui bagian-bagian terakhir dari sistem periodik. Yang termasuk deret

Radioaktivitas - 20 -

radioaktif alam adalah Uranium, Aktinium, dan Thorium. Sedangkan Neptunium

bukan merupakan deret alam. Masing-masing deret ini dapat dinyatakan sebagai

berikut:

A=4n disebut deret Thorium

A=4n + 1 disebut deret Neptonium

A=4n + 2 disebut deret Uranium

A=4n + 3 disebut deret Actinium

Di mana n adalah bilangan bulat, A menyatakan penggolongan inti anak

hasil peluruhan berdasarkan pengurangan nomor massanya. Ini merupakan fakta

bahwa proses peluruhan dimulai dari satu kelas dan akan tetap pada kelas yang

sama. Keberadaan deret seperti itu erat kaitannya dengan fakta bahwa inti induk

pada setiap deret memiliki umur yang sangat panjang, kecuali pada kasus

neptunium. Karena secara komparatif waktu paruh inti induk pada deret

neptunium sangat pendek (t1/2 = 2,2 x 106 tahun), sehingga pada saat ini,

golongan-golongan deret neptunium tidak ditemukan di alam dan tidak terjadi

secara alami, unsur ini memiliki peluruhan ketika formasi pada unsur (~5 x 10 9

tahun yang lalu). Pada gambar 4 dan 6 menunjukkan nama-nama deret isotop

radioaktif yang berbeda dari nama-nama unsurnya.

Selain deret neptunium, deret-deret di atas mempunyai empat sifat, yaitu

sebagai berikut.

a. Semua deret memiliki satu isotop dengan umur yang sangat panjang,

sebagai contoh,

a. 99Th232 t1/2 = 1,39 x 1010 tahun

b. 92U238 t1/2 = 4,5 x 1010 tahun

c. 92U235 t1/2 = 7,15 x 1010 tahun

b. Hasil akhir dari ketiga deret yang stabil adalah beberapa isotop yaitu

82Pb208, 82Pb206, 82Pb207, berturut-turut untuk deret thorium, deret uranium,

dan deret aktinium.

c. Masing-masing memiliki suatu gas mulia yang terjadi pada Z = 86, yang

mengakibatkan nama dari tiga deret itu menjadi thoron (86Rn220), radon

(86Rn222), action (86Rn219), berturut-turut untuk deret thorium, deret

uranium, dan deret aktinium.

Radioaktivitas - 21 -

2.6 Satuan Radioaktivitas

Menurut sejarah, satuan radioaktif yang sudah tua disebut curie, yang

digambarkan sebagai jumlah dari aktivitas radon mencapai keseimbangannya

dengan satu gram radium. Nilai dari curie dapat dihitung dengan cara yang

sederhana. Waktu paruh radium adalah 1620 tahun dengan konstan peluruhannya

yaitu:

1123

det108,131062,1

693,0

tahunradium

Massa radium adalah 226 amu dan terdapat 6,02 x 1023 atom pada satu gram atom

radium, sehingga satu mol radium berisi :

Oleh sebab itu, laju peluruhannya adalah

det/sin107,3

1066,2108,13/10

2112

tegrasidi

NdtdN

Dengan menggunakan perbedaan nilai t1/2, radium dapat ditentukan oleh

berbagai percobaan, nomor peluruhan per detik yang diperoleh bervariasi antara

3,4 x 1010 sampai 3,7 x 1010. Namun, curie telah memperkenalkan nilai ekuivalen

peluruhan yaitu 3,7 x 1010 peluruhan per detik. Sub-satuan curie adalah milli-curie

disimbolkan dengan mc dan mikro-currie, μc, yang bersesuaian dengan 3,7 x 107

dan 3,7 x 104 peluruhan per detik.

Amerika National Bureau of Standars mengusulkan sebuah satuan baru

yang disebut Rutherford (rd), yang sama dengan 106 peluruhan per detik. Sub-

satuan rd yaitu milli-rutherford (mrd) = 103 peluruhan per deik dan mikro-

rutherford (μrd) = 1 peluruhan per detik.

Radioaktivitas - 22 -

BAB IIIPENUTUP

3.1 Kesimpulan

Berdasarkan pembahasan di atas, dapat disimpulkan beberapa terkait dengan

radioaktivitas yaitu:

3.1.1 Radioaktivitas ditemukan oleh H. Becquerel pada tahun 1896. Becquerel

menamakan radiasi dengan uranium. Dua tahun setelah itu, Marie Curie

meneliti radiasi uranium dengan menggunakan alat yang dibuat oleh

Pierre Curie, yaitu pengukur listrik piezo (lempengan kristal yang

biasanya digunakan untuk pengukuran arus listrik lemah), dan Marie

Curie berhasil membuktikan bahwa kekuatan radiasi uranium sebanding

dengan jumlah kadar uranium yang dikandung dalam campuran senyawa

uranium.

3.1.2 Peluruhan radioaktif adalah kumpulan beragam proses di mana sebuah

inti atom yang tidak stabil memancarkan partikel subatomik (partikel

radiasi). Waktu paro (t½) adalah waktu yang diperlukan oleh suatu

radionuklida untuk meluruh sehingga jumlahnya tinggal setengahnya.

Radiasi radionuklida mempunyai sifat yang khas (unik) untuk masing-

masing inti. Waktu rata-rata τ dari inti radioaktif dapat dihitung dengan

penjumlahan umur semua inti dan dibagi dengan total jumlah inti. Kira-

kira dN1 inti mempunyai waktu hidup t1, dN2 mempunyai t2, dN3

mempunyai t3, dan seterusnya, sehingga:

Radioaktivitas - 23 -

3.1.3 Banyak inti radioaktif yang mempunyai mode peluruhan berbeda.

Sebagai contoh adalah Bismuth-212, yang mempunyai tiga. Inti anak

yang dihasilkan dari proses peluruhan biasanya juga tidak stabil, kadang

lebih tidak stabil dari induknya. Bila kasus ini terjadi, inti anak tadi akan

meluruh lagi. Proses kejadian peluruhan berurutan yang menghasilkan

hasil akhir inti stabil, disebut rantai peluruhan.

3.1.4 Keseimbangan Radioaktivitas mempergunakan perumusan pada

peluruhan radioaktivitas, pertama di mana keadaannya yaitu λ1 ≈ λ2 dan

kedua di mana keadaannya yatiu λ1 << λ2. Dari hal tersebut

keseimbangan radioaktivitas dapat dibedakanmenjadi dua yaitu

keseimbangan transien dan keseimbangan sekuler/permanen.

3.1.5 Berdasarkan asalnya, radioaktivitas dikelompokkan menjadi

radioaktivitas alam, dan radioaktivitas buatan, yaitu hasil kegiatan yang

dilakukan manusia. Dalam radioaktivitas alam, ada yang berasal dari

alam dan dari radiasi kosmik. Radioaktivitas buatan dipancarkan oleh

radioisotop yang sengaja dibuat manusia, dan berbagai jenis radionuklida

dibuat sesuai dengan penggunaannya.

3.1.6 Menurut sejarah, satuan radioaktif yang sudah tua disebut curie, yang

digambarkan sebagai jumlah dari aktivitas radon yaitu keseimbangannya

dengan satu gram radium. Nilai dari curie dapat dihitung dengan cara

yang sederhana. Waktu paruh radium adalah 1620 tahun dengan konstan

peluruhannya yaitu:

1123

det108,131062,1

693,0

tahunradium

3.2 Saran

Adapun saran yang ingin disampaikan oleh penulis yaitu, bagi pembaca

untuk mengetahui materi dari radioaktivitas tidak hanya mengandalkan isi dari

makalah ini, untuk itu diperlukan sumber-sumber lain yang menunjang

pembelajaran fisika khususnya mengenai radioaktivitas. Dengan mengetahui

Radioaktivitas - 24 -

konsep dari radioaktivitas yang lebih luas diharapkan nantinya mampu

menemukan hal-hal yang baru serta mengatasi problema-problema dalam

kehidupan sehari-hari.

Allya. . Physics Nuclear. .

Beiser, Arthur. 1982. Konsep fisika modern. Jakarta: Erlangga.

---------. 2008. Peluruhan alfa . Tersedia pada: http://id.wikipedia.org/wiki/Peluruhan_alfa. Diakses pada tanggal 15 Oktober 2008.

---------. 2008. Partikel Alfa. Tersedia pada: http://wapedia.mobi/id/Wikipedia. Diakses pada tanggal 15 Oktober 2008.

---------. 2008. Penguraian. Tersedia pada: http://wapedia.mobi/id/Penguraian_eksponensial. Diakses pada tanggal 15 Oktober 2008.

---------. 2008. Peluruhan beta. Tersedia pada: http://id.wikipedia.org/wiki/Peluruhan_beta. Diakses pada tanggal 15 Oktober 2008.

---------. 2008. Sinar_gamma. Tersedia pada: http://id.wikipedia.org/wiki/Sinar_gamma. Diakses pada tanggal 15 Oktober 2008.

Radioaktivitas - 25 -

Radioaktivitas - 26 -