Radioaktivitas dan Sinar-sinar Radioaktif

1. Radioaktivitas
          Kesetabilan inti atom bergantung pada jumlah proton dan jumlah neutron. Grafik berikut menunjukkan hubungan antara jumlah neutron (N = A-Z) terhadap jumlah proton pada inti atom.

Gambar grafik segre/ segre chart

Nuklida yang stabil ditunjukkan oleh titik-titik hitam. Grafik diatas ditemukan oleh seorang fisikawan yang bernama Emilio Segre (1905- 1989), sesuai dengan nama penemunya grafik tersebut biasa disebut dengan Segre chart.

Inti-inti atom yang ringan memiliki jumlah prototn dan neutron hampir sama. Pada Z lebih dari 20, pita kesetabilan nuklida menyimpang keatas terhadap garis Z= N. Rasio N/Z meningkat secara bertahap sampai sekitar 1,6. Penyimpangan tersebut disebabkan meningkatnya gaya tolak (gaya coulomb) antar proton seiring dengan bertambahnya jumlah proton pada inti atom. Sehingga lebih banyak neutron yang dibutuhkan untuk menjaga nuklida tetap stabil. Pada Z > 83, gaya tolak antara proton-proton tidak dapat diimbangi dengan penambahan neutron. Sehingga tidak ada nuklida stabil dengan Z>83. Kecenderungan inti atom yang tidak stabil akan memancarkan energi dalam bentuk sinar radioaktif.

 Pengamatan tentang aktivitas inti dimulai dari Henry Becquerel yang menyelidiki tentang gejala fosforesensi dan fluoresensi. Fosforesensi yaitu peristiwa berpendarnya zat setelah cahaya yang menyinari zat tersebut dihentikan, sedangkan fluoresensi yaitu peristiwa berpendarnya zat pada saat zat tersebut mendapatkan sinar. Dalam penyelidikan Becquerel, unsur uranium selalu memancarkan sinar radiasi meskipun unsur tersebut disimpan di tempat yang tidak terkena cahaya dalam waktu yang lama. Sinar radiasi berasal dari dalam inti atom.

Selanjutnya Piere Curie dan Marie Curie menyelidiki sinar radiasi yang berasal dari inti atom, yang kemudian menemukan dua unsur yang selalu memancarkan sinar radiasi yang kemudian dinamakan Poloniun dan Radium. Unsur yang selalu memancarkan sinar radiasi tersebut dinamakan unsur radioaktif (isotop radioaktif). Inti atom yang tidak stabil selalu memancarkan secara spontan sinar radioaktif, sehingga akhirnya akan diperoleh inti atom yang stabil. Peristiwa pemancaran sinar radioaktif secara spontan disebut radioaktivitas atau peluruhan radioaktif.

2. Sinar-sinar Radioaktif
Isotop radioaktif yang mampu memancarkan sinar radioaktif kebanyakan adalah unsur-unsur yang mempunyai nomor massa besar, yaitu lebih dari 200. Pemancaran sinar radioaktif dibedakan menjadi tiga, yaitu sinar alfa(a), beta (b), dan gamma (g). Pemancaran sinar radioaktif tersebut akan menyebabkan terjadinya perubahan nukleon pada inti atom sehingga inti atom akan berubah menjadi inti atom yang lain. Inti atom sebelum terjadi peluruhan disebut inti induk dan inti atom yang terjadi setelah peluruhan disebut inti anak. Jika inti anak yang terbentuk masih bersifat radioaktif, akan secara spontan meluruh sehingga akhirnya akan diperoleh inti yang stabil.
Pada prinsipnya pemancaran sinar alfa akan terjadi jika ukuran nuklida terlalu besar. Umumnya sinar alfa dipancarkan oleh nuklida yang terletak jauh di bawah pita kestabilan.

Peluruhan beta ada dua macam yaitu pengemisian elektron dan pengemisian positron. Nuklida yang terletak diatas pita kestabilan akan mengalami peluruhan beta yang mengimisikan elektron. Dengan kata lain elektron dipancarkan oleh inti atom yang mengandung terlalu banyak neutron dibanding protonnya. Sedangkan nuklida yang terletak disebelah bawah pita kestabilan menunjukkan jumlah proton yang terlalu banyak dibandingkan neutronnya. Nuklida tersebut akan menjadi stabil dengan pemancaran positron atau penangkapan elektron.

Grafik hubungan letak nuklida pada pita kestabilan dan peluruhan yang terjadi dapat digambarkan sebagai berikut:

Grafik hubungan letak nuklida pada pita kestabilan dan peluruhan yang terjadi

a. Pemancaran Sinar alfa (a)
Suatu inti atom radioaktif yang memancarkan sinar alfa akan menyebabkan nomor atom inti induk berkurang dua dan nomor massa induk berkurang empat sehingga berubah menjadi inti atom yang lain. Sinar alfa  sebenarnya merupakan pemancaran partikel yang terdiri atas dua proton dan dua neutron yang merupakan partikel yang bermuatan positif yang memiliki massa 4 kali massa proton yang diberi lambang 2a4 atau 2He4.

Secara umum reaksi pemancaran sinar alfa dapat dituliskan:

Bentuk umum reaksi pemancaran sinar alfa


Contoh peluruhan sinar alfa yaitu :
1) 92U235 → 90Th231 + 2He4
2) 88Ra224 → 84Rn220 + 2He4

Sifat-sifat yang dimiliki sinar alfa:
1) Sinar alfa merupakan inti He.
2) Daya ionisasi sinar alfa paling kuat daripada sinar beta dan gamma. Sinar alfa dapat menghitamkan pelat film yang berarti memiliki daya ionisasi.
3) Mempunyai daya tembus paling lemah di antara ketiga sinar radioaktif.
4) Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.
5) Mempunyai jangkauan beberapa cm di udara

b. Pemancaran Sinar beta (b)
Salah satu bentuk peluruhan sinar beta adalah peluruhan neutron. Neutron akan meluruh menjadi proton, elektron, dan antineutrino. Antineutrino merupakan partikel netral yang mempunyai energi, tetapi tidak memiliki massa atau massanya sangat kecil.
Contoh pemancaran sinar beta(elektron)

Bentuk peluruhan sinar beta yang lain adalah peluruhan proton. Proton akan meluruh menjadi neutron, positron, dan neutrino. Neutrino memiliki sifat yang sama dengan antineutrino. Peluruhan sinar beta bertujuan agar perbandingan antara proton dan neutron di dalam inti atom menjadi seimbang sehingga inti atom tetap stabil. Jika inti radioaktif memancarkan sinar beta  maka nomor massa inti tetap (jumlah nukleon tetap), tetapi nomor atom berubah.

Contoh pemancaran sinar beta (positron)

Proses peluruhan yang terjadi yaitu
Bentuk umum peluruhan beta
dengan:


*Pada tingkat pendidikan menengah terkadang neutrino dan antineutrino tidak ditulis dalam reaksi.

Contoh peluruhan sinar beta yaitu :
1) 91Pa233 92U233 + -1e0
2) 89Ac227 → 90Th227 + -1e0

Berikut ini beberapa sifat sinar beta.
1) Mempunyai daya ionisasi yang lebih kecil dari sinar alfa.
2) Mempunyai daya tembus yang lebih besar daripada sinar alfa.
3) Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.

c. Pemancaran Sinar gamma (g)
Sebuah inti atom dapat memiliki energi ikat nukleon yang lebih tinggi dari energi ikat dasarnya (ground state). Dalam keadaan ini dikatakan inti atom dalam keadaan tereksitasi dan dapat kembali ke keadaan dasar dengan memancarkan sinar gamma atau foton yang besarnya energi tergantung pada keadaaan energi tereksitasi dengan energi dasarnya. Pemancaran sinar tidak menyebabkan perubahan massa dan muatan pada inti atom. Inti atom yang dalam keadaan tereksitasi diberi tanda bintang(*) setelah lambang yang biasanya dipakai, misal 38Sr* 87.

Bentuk umum peluruhan sinar gamma


Contoh peluruhan sinar gamma yaitu:
1) 6C*12 → 6C 12 + g
2) 28Ni*61 28 Ni61 + g

Sinar gamma memiliki beberapa sifat alamiah berikut ini.
1) Sinar gamma tidak memiliki jangkauan maksimal di udara, semakin jauh dari sumber intensitasnya makin kecil.
2) Mempunyai daya ionisasi paling lemah.
3) Mempunyai daya tembus yang terbesar.
4) Tidak membelok dalam medan listrik maupun medan magnet.

Reaksi sinar alfa, beta dan gamma terhadap medan magnet dapat diilustrasikan dengan gambar berikut
Pengaruh medan magnet terhadap sinar alfa, beta, dan gamma


3. Aktifitas radioaktif
Aktivitas radioaktif didefinisikan sebagai jumlah atom suatu bahan radioaktif yang meluruh per satuan waktu. Dapat dirumuskan:

Rumus Aktivitas radioaktif

dengan:
N = jumlah inti radioaktif
t = waktu peluruhan

Jumlah inti atom radioisotop yang meluruh sebanding dengan selang waktu dt selama peluruhan, dengan tetapan kesebandingan l, yang dinamakan tetapan radioaktif sebagai ukuran laju peluruhan. Laju peluruhan hanya tergantung pada jenis radioisotop, dan tidak tergantung keadaan sekitarnya, serta tidak dapat dipengaruhi oleh apapun.
 Peluruhan radioaktif dapat dituliskan dalam persamaan:


Persamaan diatas dapat diselesaikan dengan persamaan integral, sehingga diperoleh:


Atau juga dapat dituliskan:

Rumus  jumlah inti radioaktif yang meluruh

Sehingga aktivitas radioaktif dirumuskan
Rumus Aktivitas radioaktif


dengan:
N = jumlah inti radioaktif yang meluruh pada waktu t
N0 = jumlah inti radioaktif mula-mula
l = konstanta peluruhan
A0 = Aktivitas Radioaktif mula-mula
A = Aktivitas Radioaktif setelah waktu t

4. Waktu Paruh
Waktu paruh adalah waktu yag diperlukan oleh zat radioaktif untuk berkurang menjadi separuh (setengah) dari jumlah semula. Dengan mengetahui waktu paruh suatu unsur radioaktif, dapat ditentukan jumlah unsur yang masih tersisa setelah selang waktu tertentu. Setiap unsur radioaktif mempunyai waktu paruh tertentu, misalnya karbon-14 (C-14) memiliki waktu paruh 5.730 tahun. Waktu paruh biasa ditulis T½.
Secara matematis T½ dapat dituliskan:

Rumus waktu paruh

Jumlah inti radioaktif setelah peluruhan maupun aktivitas radioaktif setelah peluruhan dapat ditentukan melalui persamaan:

Rumus  jumlah inti radioaktif yang tersisa

Rumus aktivitas radioaktif setelah peluruhan


dengan,


5. Satuan Radioaktivitas
Satuan radiasi merupakan satuan pengukuran yang digunakan untuk menyatakan aktivitas suatu radionuklida dan dosis radiasi ionisasi. Satuan SI untuk radioaktivitas adalah becquerel (Bq), yaitu aktivitas sebuah radionuklida yang meluruh dengan laju rata-rata satu transisi nuklir spontan per sekon. Jadi, 1 Bq = 1 peluruhan/sekon. Satuan yang lama adalah curie (Ci), di mana 1 curie setara dengan 3,70 x 1010 Bq, atau 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq.

6. Deret radioaktif
Deret radioaktif merupakan deret nuklida radioaktif. Pada deret ini setiap anggotanya terbentuk dari hasil peluruhan nuklida sebelumnya. Deret akan berakhir dengan nuklida stabil. Ada empat deret radioaktif alamiah, yaitu deret torium, neptunium, uranium, dan aktinium.
a. Deret Torium
Deret torium dimulai dari inti induk 90Th232 dan berakhir pada inti 82Pb208 . Deret ini juga disebut dengan deret 4n, sebab nomor massanya selalu kelipatan 4.

b. Deret Neptunium
Deret neptunium dimulai dari induk 93Np237 dan berakhir pada inti 83Bi209. Deret ini juga disebut deret (4n +1), karena nomor massanya selalu dapat dinyatakan dalam bentuk 4n +1.

c. Deret Uranium
Deret uranium dimulai dari inti induk 92U238 dan berakhir pada 82Pb206. Deret ini disebut juga deret (4n +2), karena nomor massanya selalu dapat dinyatakan dalam bentuk 4n + 2. Jika dibuat dalam bentuk grafik, deret uranium akan terlihat seperti dalam segre chart berikut:

Grafik deret uranium


d. Deret Aktinium

Deret aktinium dimulai dari inti induk 92U235 dan berakhir pada 82Pb207. Deret ini juga disebut deret (4n +3), sebab nomor massanya selalu dapat dinyatakan dalam bentuk 4n + 3.
Previous
Next Post »