Sinar Radioaktif

1.1. Deskripsi UmumRadioaktifitas adalah pemancaran sinar–sinar radioaktif secara spontan dengan disertai peluruhan inti atom menjadi inti yang lain. Sinar radioaktif ini ada 3 macam yaitu: sinar alfa ( ), sinar beta ( ), dan sinar gamma ( ).Pada tahun 1896, Antoine Henri Becquerel melaporkan bahwa senyawa kalium uranil sulfat memancarkan sinar yang dapat menghitamkan film foto dalam ruang gelap. Sinar itu memiliki sifat mirip dengan sinar X. Kemudian Marie Curie menemukan sinar yang sama pada logam Uranium. Setelah itu, Curie dengan suaminya menemukan sinar yang mirip pada unsur Polonium (Po) dan Radium (Ra). Karena sinar itu memiliki energi yang besar atau mudah bereaksi maka disebut dengan sinar radioaktif, sedangkan unsurnya disebut unsur radioaktif.

2.1. Penemuan Sinar Radioaktif AlamiRadioaktifitas alami ditemukan pertama kali oleh Fisikawan Perancis Antoine Henri Becquerel. Dia lahir di Paris pada tahun 1852. Pendidikannya baik sehingga dia mendapatkan gelar doktor pada tahun 1888. Tahun 1892 dia menjadi gurubesar fisika praktis di Musium Sejarah Alam (Musee d’ Histoire Naturelle) di Paris. Menarik untuk dicatat, baik kakek maupun bapaknya bukan saja sama-sama ahli fisika tetapi juga pernah menempati kedudukan yang sama. Anehnya, anaknya pun begitu. Di tahun 1895 Becquerel menjadi gurubesar fisika di perguruan tinggi politeknik (Ecole Polytechnique) di Paris. Di sinilah pada tahun 1896 dia membuat penemuan besar yang membuat namanya menjadi terkenal.Penemuan Sinar-X oleh W.C. Röntgen sekitar tahun 1985 menarik perhatian fisikawan Perancis Henri Becquerel. Becquerel berpendapat bahwa fenomena sinar-X yang ditemukan Röntgen disebabkan oleh suatu zat yang bersifat fosforensi karena sinar matahari. Untuk membuktikannya dia membungkus suatu pelat fotografi (pelat film) dengan kain hitam. Kemudian dia menyiapkan garam uranium (kalium uranil sulfat), material yang bersifat fosforensis. Rencananya Becquerel akan menyinari garam uranium dengan sinar matahari dan meletakkannya dekat pelat film dan mengharapkan terjadinya sinar-X. Namun cuaca mendung menyebabkan Becquerel menyimpan pelat film yang tertutup kain hitam dan garam uranium dalam laci meja di laboratoriummnya.Beberapa hari kemudian saat matahari bersinar, Becquerel bermaksud meletakkan garam uranium di bawah sinar matahari dan melanjutkan rencana percobaannya. Terlebih dahulu dia memeriksa pelat film yang dibungkus kain hitam untuk memastikan kualitasnya masih baik. Ia memeriksa pelat film tersebut di dalam kamar gelap dan membersihkannya dengan cairan pembersih pelat film. Dia sangat terkejut saat mengamati pelat film yang telah dicuci karena pada pelat film tersebut terdapat suatu jejak cahaya berupa garis lurus. Becquerel berpikir, mungkinkah garis ini disebabkan oleh radiasi garam uranium? Untuk memastikannya ia memasukkan kembali pelat film yang telah dibungkus kain hitam di dekat garam uranium di tempatnya semula. Ia menunggu beberapa hari, lalu memeriksa pelat film dan menemukan fenomena munculnya jejak cahaya berupa garis lurus pada pelat film.

Rencana menyinari garam uranium dengan sinar matahari digantinya dengan percobaan mendekatkan pelat film di dekat garam uranium di dalam laci laboratorium. Setelah berkali-kali mengulangi percobaannya ia selalu menemukan fenomena yang sama yaitu jejak cahaya berupa garis lurus pada pelat film. Dari fenomena yang terjadi berulang-ulang ini Becquerel menyimpulkan bahwa jejak cahaya pada pelat film tersebut disebabkan oleh garam uranium memancarkan radiasi yang dapat menembus kain pembungkusnya dan mempengaruhi pelat film.Becquerel juga menemukan bahwa jenis baru radiasi ini akan diteruskan oleh tiap-tiap kimiawi uranium dan tidak saja oleh apa yang diselidikinya pertama kali. Kenyataannya, dia menemukan bahwa uranium metal mengandung radioaktif. Karena radiasi tidak tergantung sama sekali pada bentuk kimiawi uranium, Becquerel menyadari bahwa radioaktivitas bukanlah berasal dari kimiawi, tetapi harus dari atom uranium itu sendiri.Ilmuwan lain, termasuk Ernest Rutherford dan Frederick Soddy, juga melakukan penyelidikan fenomena ini, dan dalam tempo singkat mengetahui bahwa sinar Becquerel mengandung tiga jenis radiasi. Para ilmuwan menamakannya “sinar alpa”, “sinar beta” dan “sinar gamma”.2.2. Penemuan Radioaktif Buatan

* Penemuan Polonium dan RadiumMarie Sklodowska Curie (Polandia-Perancis, 1867-1934) menikah dengan Pierre Curie (Perancis, 1859-1906) dan siap memulai kehidupan seorang peneliti dengan meneliti sinar Becquerel sebagai tema penelitian untuk mendapatkan gelar akademik. Pierre yang saat itu sudah menjadi salah satu peneliti terkemuka bermaksud membantu istrinya dengan menyarankan pemakaian alat ukur arus yang sangat sensitif (Galvanometer Feebles). Marie Curie menggunakan alat ukur arus yang sangat sensitif dan melakukan pengukuran secara kuantitatif radioaktivitas (kemampuan melepaskan radiasi) dari materi yang dapat ia peroleh. Hanya materi yang mengandung uranium atau thorium yang menunjukkan radioaktivitas. Berdasarkan pengukuran secara kuantitatif diketahui bahwa radioaktivitas berbanding lurus dengan jumlah uranium atau thorium, sedangkan suhu serta bentuk kimia dari materi tidak berpengaruh. Tetapi disinipun teramati sesuatu yang di luar dugaan. Dua bahan tambang uranium yaitu pitch blend (uranium oksida) dan shell corit (tembaga dan uranil) menunjukkan radioaktivitas yang besar yang tidak dapat dijelaskan dengan jumlah uranium yang ada di dalamnya. Marie Curie mencampur shell corit dengan bahan lain dan kemudian melakukan pengukuran. Ternyata hanya bagian yang mengandung uranium yang menunjukkan adanya radioaktivitas. Fakta ini dilaporkan di Akademi Sains Paris bulan April 1898. Marie Curie berpikir bahwa di dalam batuan uranium alam terdapat unsur yang belum diketahui dalam jumlah yang sangat sedikit, dan setelah itu ia lebih serius lagi menemukan unsur radioaktif yang belum diketahui. Pierre kemudian berhenti melakukan penelitiannya sendiri untuk bekerja sama dengan Marie menemukan unsur baru. (Pierre terus melakukan penelitian radioaktivitas sebelum meninggal pada tahun 1906 karena kecelakaan). Batuan dalam jumlah besar dilarutkan dan dilakukan pemisahan dengan prosedur analisis kimia. Radioaktivitas dari bagian yang terpisah diukur dengan alat ukur listrik yang dikonsentrasikan pada bagian yang memiliki radioaktivitas tinggi. Unsur radioaktif yang belum diketahui itu menunjukkan sifat yang mirip dengan bismuth. Bagian yang terambil ini ternyata merupakan campuran antara bismuth sulfat dan bahan radioaktif dalam bentuk sulfat. Pemisahan antara bismuth dan unsur yang belum diketahui itu dapat dilakukan berdasarkan perbedaan sifat sublimasinya. Bahan campuran itu dipanaskan dalam vakum pada suhu 700° C dan dibiarkan

menyublim, dalam suhu 250°-300° C bahan radioaktif dalam bentuk sulfat itu menempel pada dinding seperti cat berwarna hitam. Beginilah cara penemuan salah satu unsur radioaktif yang belum diketahui.Pada Juni 1898 laporan atas nama suami-istri Curie disampaikan kepada Akademi. Dalam laporan ini diusulkan nama Polonium untuk unsur baru sesuai dengan nama negara kelahiran Marie Curie. Dari analisis juga ditemukan adanya radioaktifitas yang kuat di dalam kelompok barium, secara kimiawi sifatnya sama dengan barium. Pemisahan bagian yang memiliki radioaktivitas dengan cara pemisahan kristal berdasarkan perbedaan kelarutan dalam air, campuran air dan alkohol, kelarutan garam dalam larutan asam klorida. Dengan cara seperti inilah unsur radioaktif radium ditemukan. Penemuan ini dipresentasikan pada bulan September 1898 sebagai hasil penelitian bersama suami-istri Curie dan rekan sekerja Pemon. Radioaktivitas ternyata tidak hanya ditemui pada uranium saja. Marie dan Pierre Curie menemukan bahwa radioaktivitas juga terjadi pada unsur Polonium (Po) dan Radium (Ra). Radiasi yang dipancarkan kedua unsur ini sangat kuat yaitu dapat mencapai 1000 kali radiasi Uranium. Selain itu ditemukan juga unsur lain yang juga bersifat radioaktivitas yaitu Thorium (Th) yang memiliki radiasi mirip dengan Uranium.

* Penemuan Sinar Radioaktif BuatanIrene Curie merupakan putri pertama Marie Curie dan Piere Curie yang telah menemukan unsur Polonium dan Radium. Irene melakukan penelitian yang berkisar di seputar partikel-partikel alpha yang dipancarkan oleh unsur polonium yang radioaktif. Polonium, elemen yang ditemukan oleh Marie Curie di tahun 1898, adalah unsur radioaktif yang sangat sering digunakan para peneliti saat itu untuk mempelajari inti atom. Kegunaannya sebagai bahan penelitian disebabkan oleh karena polonium hanya memancarkan satu jenis radiasi: partikel-partikel alpha (inti atom Helium). Biasanya mereka meletakkan polonium dekat bahan atau unsur lain yang tidak radioaktif dan mempelajari berbagai partikel yang terkeluarkan dari bahan tersebut.Ketika Perang Dunia I meletus, Irene bekerja sebagai radiolog. Dia membantu memasang dan mengajarkan cara memakai mesin sinar X kepada para tenaga pembantu medis di rumah sakit-rumah sakit militer. Dia percaya dengan bantuan foto sinar X, ahli bedah dapat dengan cepat menolong serdadu yang terluka di medan perang. Kiprahnya selama perang menjadikan dia seorang yang berkepribadian kuat. Dalam hidupnya di kemudian hari, Irene tidak pantang menyerah melawan penyakit TBC yang dideritanya selama 20 tahun. Yang disayangkan hanya satu. Dia mendapatkan dosis radiasi yang sangat besar karena sering menggunakan mesin sinar X, menyebabkan kematiannya yang dini karena penyakit leukemia. Setelah perang, Irene kembali dekat dengan ibunya dan bekerja di Radium Institute sambil menamatkan kuliahnya. Tidak berapa lama setelah Irene meraih S3, seorang perwira bernama Frederick Joliot datang dan melamar kerja di tempat Irene meneliti. Keduanya bertemu dan berkenalan. Walau Irene dan Fred memiliki kepribadian yang berlawanan, keduanya sadar mereka memiliki beberapa kesamaan. Pada tahun 1926, mereka pun menikah. Di labotarium mereka bekerja menggunakan polonium (memproduksi dan mempersiapkannya untuk menjadi alat penelitian). Pada saat itu, dunia sains belum mengerti benar struktur inti atom. Belum ada yang mengerti dan menemukan netron. Ketika Irene mengandung anak keduanya, dia mencoba memecahkan masalah yang ditemukan oleh

fisikawan Jerman Walther Bothe. Bothe telah membombardir elemen berilium (unsur metalik yang ringan) dengan partikel-partikel alpha polonium. Yang keluar dari berilium adalah pancaran radiasi yang sangat kuat sehingga bisa menembus timah sampai setebal 2 cm. Mulanya dia berpikir dia menemukan tipe baru sinar gamma. Pasangan Juliot-Curie mengulang percobaan yang dilakukan oleh Bothe. Mereka membombardir lilin parafin (yang kaya akan proton) dengan partikel-partikel alpha polonium. Lilin ini mengeluarkan proton-proton dengan kecepatan sepersepuluh kecepatan cahaya. Mereka pun mengambil kesimpulan yang salah bahwa ini sinar gamma. Pasangan Joliot-Curie sebenarnya telah membuktikan keberadaan netron, tapi tidak dapat menjelaskannya. Sayangnya kejadian ini bukan yang terakhir kalinya mereka melewatkan kesempatan untuk mendapatkan hadiah Nobel. Setelah netron ditemukan, fisikawan Enrico Fermi melihat kegunaannya sebagai alat peneliti inti atom. Netron adalah partikel yang tidak memiliki muatan. Jika netron dengan kecepatan tinggi dapat menembus inti atom, ia dapat mengeluarkan proton. Pasangan Joliot-Curie pun mengikuti jejak Fermi mempelajari inti atom dengan memborbardir inti atom unsur-unsur yang lain dan melihat jejak-jejak partikel yang dikeluarkan memakai Wilson cloud chamber. Hasil eksperimen-eksperimen yang mereka lakukan memberikan petunjuk bahwa ada satu lagi partikel subatomik yang belum pernah ditemukan sebelumnya. Partikel ini bermuatan positif, tapi beratnya sama dengan elektron (positron). Lagi-lagi Fred dan Irene menebak dengan salah partikel ini. Ketika ilmuwan C.D. Anderson dari Amerika melakukan percobaan yang sama, dia menebak dengan benar dan mendapatkan hadiah Nobel. Pasangan Joliot-Curie sebenarnya telah membuktikannya adanya antimatter, tapi sayangnya mereka tidak dapat menjelaskannya. Beberapa waktu setelah itu, mereka meletakkan polonium di dekat lempengan tipis aluminium dan mengharapkan nukleus hidrogen yang keluar. Tetapi malah netron dan positron yang keluar. Ketika mereka melaporkan hasil eksperimen ini di Konferensi di Belgia pada bulan Oktober 1933, pernyataan mereka ini ditolak oleh Lise Meitner. Meitner mengaku melakukan percobaan yang sama, tapi tidak menemukan netron. Banyak yang hadir lebih percaya Meitner ketimbang Joliot-Curie. Pasangan tersebut sempat kecewa memang. Tapi Niels Bohr dan Wolfgang Pauli yang juga hadir memberikan semangat kembali ke mereka berdua. Mereka akhirnya kembali ke Paris di tahun 1934 untuk mengulang percobaan yang sama. Pada mulanya mereka mengasumsi inti aluminum mengeluarkan netron dan positron pada saat yang bersamaan. Untuk mengecek hipotesa ini, Fred menarik lempengan aluminum agak jauh dari polonium dan mengecek dengan Geiger Counter. Netron memang berhenti keluar, tapi dia heran ketika partikel-partikel positron masih terdeteksi oleh Geiger Counter yang dia pegang. Dia bergegas memanggil istrinya untuk menunjukkan apa yang terjadi. Inti aluminium telah menyerap partikel-partikel alpha dari polonium, mengeluarkan netron-netron dan dalam proses tersebut, dalam waktu yang singkat, berganti jadi fosfor. Fosfor ini fosfor buatan, jadi tidak stabil. Oleh karena itu intinya mengeluarkan positron dan akhirnya berubah lagi menjadi elemen silikon yang stabil. Mereka berhasil menemukan radioaktif buatan. Untuk hasil penelitiannya ini, pasangan Joliot-Curie dinominasikan untuk penghargaan Nobel Fisika di tahun 1934, tapi tidak dapat. Mereka akhirnya berhasil meraih Nobel Kimia tahun 1935. Nobel Kimia mereka merupakan Nobel ketiga untuk keluarga Curie. Ketika suami adik Irene, Eve, seorang diplomat bernama Henry R. Labouisse, menerima Nobel

Perdamaian atas nama UNICEF (organisasi PBB untuk anak-anak) pada tahun 1965, total Nobel untuk keluarga Curie menjadi empat.2.3. Arti Penting RadioaktifRadiokatif mempunyai arti penting karena beberapa sebab. Pertama, mempunyai berbagai kegunaan langsung, misalnya untuk pengobatan kanker. Kedua, mempunyai manfaat besar dalam penyelidikan ilmiah. Radioaktif menolong kita peroleh keterangan tentang struktur nuklir, reaktor nuklir tentu saja menyajikan cara pelepasan energi atom secara terawasi dan perlahan. Petunjuk radioaktif digunakan dalam penyelidikan biokimia, pencarian keterangan waktu radioaktif suatu alat penting dalam penyelidikan geologi dan arkeologi. Tetapi makna terbesarnya karena tersingkapnya kenyataan bahwa sejumlah besar energi “tersimpan” dalam atom. Dalam tempo lima puluh tahun sejak penemuan Becquerel, ditemukan teknik untuk melepas jumlah besar energi atom dalam saat singkat. (Bom yang dijatuhkan di Hiroshima terdiri dari uranium).3.1. KesimpulanDari sejumlah zat radioaktif yang telah ditemukan, dikelompokkan berdasarkan sumber ditemukannya, yaitu Radioaktivitas Alam dan Radioaktivitas Buatan. Radioaktivitas Alam adalah unsur-unsur radioaktif yang ditemukan di alam sebagai bahan tambang, yaitu Uranium (U), Aktinium (At), dan Thorium (Th). Radioaktif alami ditemukan oleh Antoine Henri Becquerel pada tahun 1896.Radioaktivitas Buatan adalah zat-zat radioaktif yang diproduksi dengan sengaja dalam reaktor atom, antara lain Neptunium (Np), Polonium (Po), Radium (Ra). Radioaktif buatan ditemukan oleh Irene Joliot dan Frederick joliot pada tahun 1934.

A.    Sejarah Penemuan Unsur Radioaktif Berawal dari penemuan sinar X pada tahun 1895 oleh Wilhelm Konrad

Rontgen (1845 – 1923) bahwa beberapa unsur dapat memancarkan sinar-sinar tertentu. Para ahli tertarik untuk mengadakan penelitian tentang unsur tersebut. Setahun kemudian Antoine Henre Becquerel (1852 – 1908) mengamati garam uranik sulfat (K2UO2(SO4)2) memancarkan sinar (radiasi) secara spontan. Gejala ini dinamakan keradioaktifan, sedangkan unsur yang memancarkan radiasi disebut unsur radioaktif. Pada tahun 1898, Marie Sklodowska Curie (1867 – 1934) bersama suaminya, Pierre Curie (1859 – 1906) berhasil menemukan dua unsure radioaktif yaitu Polonium (Po) dan Radium (Ra). Karena jasa mereka di bidang keradioaktifan pada tahun 1903, Henry Bequerel bersama Pierre dan Marie Curie memperoleh hadiah nobel.

(Syukri, 1999 ; 650)

B.     Sinar Radioaktif

Sinar yang dipancarkan oleh unsur radioaktif memiliki sifat-sifat:

* dapat menembus lempeng logam tipis;

*dapat menghitamkan pelat film;

*dalam medan magnet terurai menjadi tiga berkas sinar.

*Mempunyai daya tembus yang besar

*Dapat mengionkan gas 

*Dapat berpendar (berfluoresense) bila jatuh pada permukaan zat yang berlapis seng sulfida (ZnS) atau seng blende.

Pada tahun 1898 Paul Ulrich Villard menemukan sinar radioaktif yang tidak dipengaruhi oleh medan magnet yaitu sinar gamma ( ). Setahun kemudian Ernest Rutherford berhasil menemukan dua sinar radioaktif yang lain, yaitu sinar alfa ( ) dan sinar beta (β).

1. Sinar Alfa

Sinar alfa merupakan inti helium (He) dan diberi lambang  atau     sinar  memiliki sifat-sifat sebagai berikut:

a. bermuatan positif sehingga dalam medan listrik dibelokkan ke kutub negatif;

b. daya tembusnya kecil ( < β < );

c. daya ionisasi besar ( > β>  ).

2. Sinar Beta (β)

Sinar beta merupakan pancaran elektron dengan kecepatan tinggi dan diberi lambang  atau   .

 Sinar beta memiliki sifat-sifat:

a. bermuatan negatif sehingga dalam medan listrik dibelokkan ke kutub positif;

b. daya tembusnya lebih besar dari

c. daya ionisasinya lebih kecil dari

3. Sinar Gamma

Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang pendek

Sinar γ memiliki sifat-sifat:

1. tidak bermuatan listrik, sehingga tidak dipengaruhi medan listrik;2. daya tembusnya lebih besar dari α dan β ;3. daya ionisasi lebih kecil dari α dan β .

Setelah penemuan keradioaktifan ini, terbukti bahwa dengan reaksi inti suatu unsur dapat berubah menjadi unsur lain. Bila unsur-unsur radioaktif memancarkan sinar  atau β maka akan berubah menjadi unsur lain.

Bila unsur radioaktif memancarkan sinar  , akan menghasilkan unsur baru dengan nomor atom berkurang dua dan nomor massa berkurang empat

Contoh:

Bila unsur radioaktif memancarkan sinar β , akan menghasilkan unsure baru dengan nomor atom bertambah satu dan nomor massa tetap

 

C.    Stabilitas Inti

Dalam inti atom terdapat proton dan neutron yang disebut nucleon (partikel penyusun inti). Suatu  inti atom (nuklida) ditandai jumlah proton dan jumlah neutron. Secara umum nuklida dilambangkan dengan:

            Symbol nuklida:

            X = unsure radio aktif

            A = nomor massa (jumlah p+ n)

            Z = nomor atom (jumlah p)

Macam-macam nuklida:

Isotop: nuklida yang mempunyai jumlah proton sama tetapi jumlah neutron berbeda.

nuklida yang mempunyai jumlah proton dan neutron sama tetapi jumlah proton berbeda.

Isoton: nuklida yang mempunyai jumlah neutron sama

Inti atom tersusun dari partikel proton dan neutron. Kestabilan inti tidak dapat diramal dengan suatu aturan, namun ada beberapa aturan empiris yang dapat digunakan untuk mengenal inti yang stabil dan yang radioaktif.

1. Semua inti mengandung 84 proton (Z = 84) atau lebih tidak stabil.2. Aturan Ganjil Genap

Diamati bahwa inti yang yang mengandung jumlah proton genap dan jumlah neutron genap lebih stabil dari inti yang mengandung jumlah proton dan neutron ganjil.

(Hiskia Ahmad, 2001; 186)

Inti yang stabil apabila memiliki harga n/p =1. Kestabilan inti dapat digambarkan sebagai berikut:

Sampai dengan nomor atom 80 inti-inti stabil semakin besar angka banding neutron dengan proton. Inti  adalah inti stabil terberat yang angka banding neutron-protonnya adalah 1. Inti yang tidak stabil (bersifat radioaktif) memiliki perbandingan n/p di luar pita kestabilan, yaitu:

1. di atas pita kestabilan

2. di bawah pita kestabilan

3. di seberang pita kestabilan

(Hiskia Ahmad, 2001; 186)

D.    Peluruhan

Inti yang tidak stabil akan mengalami peluruhan yaitu proses perubahan dari inti yang tidak stabil menjadi inti yang lebih stabil.

Jenis radiasi yang dipancarkan dari peluruhan zat radioaktif dapat dilihat dalam tabel berikut.

Tabel Sifat radiasi dan partikel dasar penyusun inti

Partikel Dasar Massa Relatif Muatan Simbol Jenis

Alfa 4 +2 α , Partikel

Beta 0 -1 β- , Partikel

Positron 0 +1 β+ , Partikel

Gamma 0 0 Gelombang electromagnet

Proton 1 +1 , Partikel

Neutron 1 0 Partikel

Sumber: General Chemistry, Petrucci R. H, 2007

Inti atom yang tidak stabil akan mengalami peluruhan menjadi inti yang lebih stabil dengan cara:

a. Inti yang terletak di atas pita kestabilan n/p > 1  (kelebihan neutron) stabil dengan cara:

Pemancaran sinar beta (elektron). Pada proses ini terjadi perubahan neutron menjadi proton.

Memancarkan neutron. Proses ini jarang terjadi di alam, hanya beberapa inti radioaktif yang mengalami proses ini.

b.  Inti yang terletak di bawah pita kestabilan n/p < 1  (kelebihan proton), stabil dengan cara:

Memancarkan positron. Pada proses ini terjadi perubahan proton menjadi netron. Memancarkan proton (proses ini jarang terjadi Menangkap elektron. Elektron terdekat dengan inti (elektron di kulit K) ditangkap oleh

inti atom sehingga terjadi perubahan

c.  Inti yang terletak di seberang pita kestabilan (Z > 83) stabil dengan mengurangi massanya dengan cara memancarkan sinar α.

            (Pettruci, 2007; 227)

 

1. E.     Waktu paruh

Waktu paruh adalah waktu yang dibutuhkan unsur radioaktif untuk mengalami peluruhan sampai menjadi ½ kali semula (masa atau aktivitas).

Rumus:

    = massa setelah peluruhan

 = massa mula-mula

    T = waktu peluruhan

     = waktu paruh

Contoh:

Suatu unsure radio aktif mempunyai waktu paro 4 jam. Jika semula tersimpan 16 gram unsure radioaktif, maka berapa massa zat yang tersisa setelah meluruh 1 hari?

            Diketahui =  = 16 gram

                                    T  = 1 hari = 24 jam

                                      = waktu paro

Ditanya:           = ?

Jawab:

            Deret Keradioaktifan

Unsur-unsur radioaktif mengalami peluruhan dengan cara memancarkan sinar alfa, beta, dan gamma yang menghasilkan unsur baru yang pada umumnya juga masih bersifat radioaktif. Unsur hasil transmutasi ini akan meluruh lebih lanjut sehingga terjadi deret peluruhan yang berakhir setelah terbentuk unsur stabil.

Ada empat deret keradioaktifan yang terdiri dari:

Deret uranium

Deret uranium dimulai dari dan berakhir menjadi

Deret aktinium

Deret aktinium dimulai dari  dan berakhir menjadi

Deret thorium

Deret thorium dimulai dari   dan berakhir menjadi

Deret neptunium (buatan)

Deret neptunium dimulai dari   dan berakhir menjadi

                        Contoh: deret uranium

            (stabil)

Deret uranium tersebut dapat ditulis singkat menjadi:

            (Pettruci, 2007; 220)

 

1. F.     Reaksi Inti 1. Reaksi peluruhan/desintegrasi adalah reaksi inti secara spontan memancarkan

sinar/partikel tertentu.

Contoh:

1. Reaksi transmutasi adalah reaksi penembakan inti dengan partikel menghasilkan nuklida baru yang bersifat radioaktif

Contoh:

1. Reaksi fisi adalah reaksi pembelahan inti yang besar menjadi dua nuklida yang lebih kecil dan bersifat radioaktif

Contoh:

1. Reaksi fusi adalah reaksi penggabungan inti yang kecil menjadi nuklida yang lebih besar.

Contoh:

Pada beberapa hal, reaksi inti berbeda dengan reaksi kimia biasa. Perbedaan kedua reaksi tersebut adalah sebagai berikut:

1. Reaksi IntiReaksi Kimia BiasaTerjadi perubahan struktur inti atom membentuk unsure baru.

Contoh:

1. Massa sebelum dan sesudah reaksi dapat berubah karena sebagian massa diubah menjadi energy.

Tidak terjadi perubahan struktur inti atom (hanya perubahan pengelompokkan atom-atom).Contoh:

Mg + 2 HCl → MgCl2 + H2

Massa sebelum dan sesudag reaksi tetap.            (Masterton, Hurley. 2009; 152)

 

 

1. G.    Penggunaan Tenaga Atom dan Radioisotop 1. Sebagai Sumber Energi

Reaksi fisi dan fusi menghasilkan energi yang sangat besar. Energi dari reaksi ini dapat digunakan sebagai sumber energi yang dapat menggantikan bahan bakar minyak dan batu bara.

1. Sebagai Perunut

Radiasi yang dipancarkan radioisotop dapat diikuti dengan detektor. Dengan demikian perpindahan/gerak radioisotop dapat terdeteksi.

Partikel α atau β yang masuk ke dalam tabung Geiger akan mengionkan gas dalam tabung tersebut. Ion yang terjadi memungkinkan pula arus listrik di antara dua elektroda. Pulsa listrik dikuatkan dengan amplifier selanjutnya akan terbaca pada pengukur.

1. Radiasi Mempengaruhi Materi

Radiasi dari radioisotop dapat mengionkan materi yang dilaluinya. Dengan demikian materi yang terkena radiasi dapat mengalami perubahan sifat.

1. Materi Mempengaruhi Radiasi

Radiasi dari radioisotop yang melewati materi intensitasnya akan berkurang. Berkurangnya intensitas radiasi dapat untuk menentukan sifat materi yang dilalui, misalnya kerapatan dan ketebalan suatu materi.

Berdasar prinsip-prinsip di atas radioisotop digunakan dalam berbagai bidang, yaitu sebagai berikut.

1. Bidang Kimia

Radioisotop digunakan dalam bidang kimia antara lain untuk mempelajari mekanisme reaksi, pengaruh katalis pada reaksi, mengidentifikasi unsur dan menentukan konsentrasi suatu unsur dalam bahan.

Contoh:

Pada reaksi esterifikasi atom O pada H2O yang dihasilkan berasal dari asam karboksilat, hal ini dapat dipelajari dengan menggunakan radioisotope O-18.

Dengan *O adalah radioisotop O-18 terbukti bahwa atom O dalam H2O berasal dari asam karboksilat.

1. Bidang Biologi

Dalam bidang biologi radioisotop digunakan untuk mempelajari reaksi fotosintesis dan untuk menentukan lamanya unsur berada dalam tubuh. Pada reaksi fotosintesis oksigen yang diperlukan untuk membentuk karbohidrat berasal dari H2O bukan dari CO2.

Reaksi:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

1. Bidang Kedokteran

Sinar gamma yang dihasilkan Co-60 digunakan untuk menghancurkan kanker

Nuklida Co-60 memancarkan sinar gamma yang diarahkan pada sel kanker untuk menghancurkan pertumbuhan kanker. Radiasi sinar gamma diatur dengan alat pengukur radiasi sehingga berfungsi efektif.

1. Bidang Teknik dan Industri

Dalam bidang teknik dan industri, sinar yang dipancarkan isotop digunakan untuk mengukur ketebalan bahan, menentukan kerapatan sambungan logam, kebocoran bendungan dan pipa bawah tanah dan mengukur kepadatan aspal/ beton landasan pacu lapangan udara dan jalan raya.

1. Bidang Pertanian

Dalam bidang pertanian radioisotop digunakan untuk mempelajari cara pemupukan tanaman, pemberantasan hama, pengawetan hasil panen dan memperoleh bibit unggul. Sinar gamma dari isotop Co-60 atau Ce- 137 untuk iradiasi agar terjadi mutasi yang menghasilkan varietas yang unggul. Umbi-umbian dan biji-bijian dapat diawetkan dengan cara menunda pertunasan secara iradiasi.

            (Charles. W, 1992; 105)

 

1. H.    Produksi Radioisotop

Radioisotop yang digunakan untuk berbagai keperluan diproduksi dalam reaktor atom. Produksi radioisotop di Indonesia dikelola oleh Badan Tenaga Atom Nasional (BATAN). Sampai sekarang Indonesia telah memiliki 3 reaktor atom, yaitu sebagai berikut.

1. Reaktor Trigamark II (Training Research Isotop Production General Atomic Type Mark II) di Bandung.

2. Reaktor Kartini di Yogyakarta.3. Reaktor Serbaguna G.A. Siwabessy di Serpong.

Reaktor Kartini merupakan reaktor penelitian untuk keperluan riset, sedangkan reaktor Trigamark II dan reaktor serbaguna G.A. Siwabessy selain untuk penelitian juga untuk produksi radioisotop yang diperlukan oleh BATAN dan beberapa instansi seperti rumah sakit dan perguruan tinggi. Beberapa radioisotop yang telah diproduksi Reaktor Trigamark, antara lain I-131, I-125, P-32, Mo-99, S-35, Co-60, dan Fe-59. Selain itu, energy yang dihasilkan oleh reaksi nuklir dalam reaktor atom dapat digunakan untuk pembangkit listrik yang dikenal dengan PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir). Indonesia telah merencanakan dan mensosialisasikan pendirian PLTN. Doakan agar rencana tersebut berjalan lancar dan membawa manfaat bagi bangsa Indonesia.

Peluruhan Zat Radioaktif

Inti-inti yang tidak stabil akan meluruh (bertransformasi) menuju konfigurasi yang baru yang mantap (stabil). Dalam proses peluruhan akan terpancar sinar alfa, sinar beta, atau sinar gamma dan energy peluruhan. Jika inti radioaktif meluruh, akan menjadi inti baru yang beda sifat kimianya.

Unsur radioaktif secara spontan memancarkan radiasi, yang berup partikel atau gelombang elektromagnet (non partikel). Lihat gambar dibawah ini!

Gambar 3. Jenis-jenis radiasi yang di pancarkan radioaktif

 

Jenis radiasi yang dipancarkan radioaktif adalah:

1.  Peluruhan Alpha (Alpha Decay)

Inti-inti radioaktif secara spontan menjadi inti turunan yang kadang-kadang memancarkan partikel α. Pada umumnya diikuti pula dengan peluruhan radiasi gamma. Radiasi alpha mempunyai spektrum energi yang diskrit. Radioisotop yang memancarkan radiasi alpha maka nomor massa akan berkurang 4 dan nomor atomnya berkurang 2, sehingga radiasi alpha

disamakan dengan pembentukan inti Helium yang bermuatan +2 ( ).

Berdasarkan hukum kekekalan jumlah muatan dan nucleon maka peluruhan partikel α memenuhi hubungan yang dapat dinyatakan sebagai berikut:

X adalah unsur induk dan Y adalah unsur turunan. Contoh peluruhan α terjadi pada peluruhan Plutonium:

Energi yang dilepaskan pada saat peluruhan, disebut energi disintegrasi atau energi peluruhan yaitu:

Q = (mx-mY-mα)c2

Fraksi Energi Peluruhan

KY = energi kinetik inti   (inti anak)Kα = energi kinetik partikel α

Pada gambar dibawah ini merupakan gambar spektrum energi peluruhan alpha yang berbentuk diskrit.

Gambar 2.7. Spektrum energi peluruhan alfa

 

2. Peluruhan Beta Minus (Beta Minus Decay)

Peluruhan beta (β) adalah suatu proses peluruhan radioaktif dengan muatan inti berubah tetapi jumlah nukleonnya tetap. Radiasi beta minus disamakan dengan pemancaran elektron dari suatu inti atom. Bentuk peluruhan ini terjadi pada inti yang kelebihan neutron dan pada umumnya disertai juga dengan radiasi gamma. Radiasi beta (baik yang positif maupun yang negatif) mempunyai spektrum energi yang sinambung (continous) serta diikuti oleh antineutrino yang membawa kelebihan energi yang dimiliki oleh zarah beta. Seperti halnya pada radiasi Alpha, makin tinggi energi yang dimiliki maka makin pendek umurnya. Pada radiasi Beta minus, nomor atomnya akan bertambah satu, sedang nomor massanya tetap. Reaksi secara umum dapat ditulis sebagai:

Contoh reaksi peluruhan radiasi Beta minus adalah:

⊽ disebut antineutrino yang merupakan partikel netral dengan kelajuan c dan tidak mempunyai massa. Energi dari antineutrino bersifat kinetic. Energi yang dilepas pada saat peluruhan yaitu:

Q = (mx-mY)c2

Pada gambar 2.8. merupakan gambar spektrum energi peluruhan beta yang berbentuk spectrum kontinu.

Gambar 2.8. Spektrum energi peluruhan beta (http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu, 2010)

 

3. Peluruhan Beta Plus (Beta Plus Decay)

Radiasi ini sama dengan pancaran positron dari inti. Bentuk peluruhan ini terjadi pada inti yang kelebihan proton. Pancaran positron dapat terjadi apabila perbedaan energi antara inti semula dengan inti hasil paling tidak sebesar 1,02 MeV.

Menurut Pauli, radiasi beta plus sama dengan perubahan proton menjadi neutron sehingga nomor atomnya akan berkurang satu. Reaksi secara umum dapat ditulis sebagai berikut:

v adalah neutrino yaitu partikel sejenis dengan antineutrino dengan spin yang berlawanan. Contoh peluruhan beta plus adalah sebagai berikut:

Energi disintegrasi atau energi peluruhannya yaitu:

Q = (mx – mY + 2me)c2

Pada radiasi Beta plus akan selalu diikuti dengan peristiwa Annihilasi, karena begitu terbentuk zarah beta plus maka akan langsung bergabung dengan elektron dan menghasilkan radiasi Gamma:

 

4. Tangkapan Elektron Orbital (K Capture)

Pada  peluruhan ini inti akan menangkap satu elektron orbital. Peristiwa ini terjadi pada inti yang kelebihan proton tetapi tidak mempunyai cukup tenaga untuk mengeluarkan proton dari intinya. Secara umum dapat dituliskan sebagai berikut:

 

Sebagai contoh pada peristiwa peluruhan unsur Bi

Energi disintegrasi atau energi peluruhannya adalah sebagai berikut:

Q = (mx - mY)c2

 

5. Peluruhan Gamma (Gamma Decay)

Suatu inti unsur radioaktif yang mengalami peluruhan, baik peluruhan α maupun peluruhan β atau mengalami tumbukan dengan netron biasanya berada pada keadaan tereksitasi. Pada saat kembali ke keadaan dasarnya inti tersebut akan melepas energi dalam bentuk radiasi gamma.

Radiasi gamma mempunyai energi yang diskrit. Gambar 2.9. menunjukkan salah satu contoh energi gamma dari atom cesium 137 (137Cs).

Gambar 2.9. Spektrum energi peluruhan gamma atom cesium 137 (Rapach, 2010)

Radiasi gamma mempunyai energi yang diskrit. Energi sinar gamma (γ) akan berkurang atau terserap oleh suatu material yang dilewatinya. Karena ada penyerapan energi olah bahan maka intensitas dari sinar gamma akan berkurang setelah melewati material tersebut.

I = Io.e-μx

I     : intensitas sinar gamma yang berhasil melewati material Io   : intensitas mula-mula x    : tebal material μ    : koefisien atenuasi linier atau koefisien pembanding yang besarnya tergantung sifat material penyerap dan energi sinar gamma.

Jika tebal material penyerap L, maka:

Jika intensitas I yaitu intensitas sinar gamma yang berhasil melewati material tinggal separoh dari intensitas awal, maka tebal material tersebut dinamakan Lapisan Harga Paroh (Half Value Layer = hvl).

 

DAYA TEMBUS DAN DAYA IONISASI

Salah satu sifat menguntungkan dari sinar radioaktif adalah daya tembusnya yang tinggi. Kekuatan tembus sinar-sinar radioaktif ini dipengaruhi oleh daya ionisasinya. Daya ionisasi adalah kemampuan sinar radioaktif menarik elektron dari atom-atom yang dilewatinya. Partikel α mempunyai daya ionisasi yang kuat karena muatannya positif. Ia lebih mudah menarik elektron bebas dari atom-atom. Partikel ß memiliki daya ionisasi yang kurang kuat dan partikel γ memiliki daya ionisai paling lemah. Untuk mengionisasi atom sinar radioaktif akan menggunakan energi yang dimilikinya, sehingga semakin kuat daya ionisasinya semakin banyak energinya yang hilang.

Hal ini tentu saja berpengaruh pada daya tembusnya. Sinar γ memiliki daya tembus paling kuat , kemudian sinar ß dan yang paling lemah adalah sinar α. Di udara terbuka sinar α akan kehilangan banyak energi karena mengionisasi molekul-molekul udara sehingga hanya memiliki jangkauan beberapa centimeter saja. Ilustrasi berikut memperlihatkan perbandingan daya tembus sinar-sinar radioaktif.

Gambar 2.10. Ilustrasi perbandingan daya tembus sinar-sinar radioaktif (http://fisika.name/siap/Radioaktivitas, 2010)