File

4/7/2014
FISIKA ATOM & RADIASI
 Atom → bagian terkecil dari suatu elemen yang berperan dalam reaksi
kimia, bersifat netral (muatan positif dan negatif sama).
 Model atom: J.J. Thomson (1910), Ernest Rutherford (1911), dan
Niels Bohr (1913).
Model Atom Thomson
Model Atom Rutherford
Model Atom Bohr
Sumber: http://pipihseptianingsih.wordpress.com/2012/05/03/atom-2/
1
4/7/2014
Konsep gerak dan lintasan elektron
1. Elektron bergerak mengelilingi inti dengan momentum sudut
sebesar :
h
 n
2
n  bilangan kwantum dasar yaitu 1,2,3,4 dst.
Ln
  konstanta Planck 6,626 x 10-34 J dt.
2. Elektron bergerak dalam lintasan stasioner tanpa memancarkan
energi.
3. Elektron dapat pindah dari lintasan satu ke lintasan yang lain
sambil memancarkan atau menyerap energi berupa gelombang
elektromagnetik sebesar :
E  h.f
E  perbedaan energi antara kedua lintasan
f  frekuensi gelombang elektromagnetis yang dipancarka n atau diserap
Inti Atom
 Atom terdiri dari :
Elektron
Massa 1 elektron = 9,1 x 10-28 gram
Massa 1 proton = 1,67 x 10-24 gram
Massa 1 neutron = massa 1 proton
+
Proton
Neutron
 Inti atom terdiri dari proton dan neutron .
 Jumlah proton (Z) sama dengan jumlah elektron mengelilingi
inti. Jumlah neutron dinyatakan dengan N, jumlah nukleon
(partikel inti) A = Z + N
Notasi penulisan nukleon atom X ditunjukkan :
A
Z
X
2
4/7/2014
Radioaktif
 Inti radioaktif → unsur inti yang mempunyai sifat memancarkan
sinar tak tampak, alfa, beta atau gamma.
 Becquerel , tahun 1896 → senyawa uranium memancarkan sinar
tak tampak yang dapat menembus bahan yang tidak tembus
cahaya serta mempengaruhi emulsi fotografi.
 Marie Currie, tahun 1896 → inti uranium dan beberapa unsur
lain memancarkan salah satu partikel alfa, beta atau gamma.
Sinar Alfa
 Partikel yang dipancarkan oleh sebuah inti yang terdiri dari 4
buah nukleon yaitu 2 proton dan 2 neutron, merupakan inti
helium.
 Memiliki daya tembus sangat kecil, dalam udara sejauh 4 cm
dengan energi 5,3 MeV.
 Jika terjadi tumbukan, partikel alfa kehilangan energi 100 MeV,
partikel akan menangkap 2 elektron menjadi helium netral saat
energinya 1 MeV.
 Hubungan antara energi dengan jarak tembus partikel alfa :
E  2,12 R 2/3
E  Energi (MeV)
R  jarak tembus dalam (Cm)
3
4/7/2014
Sinar Beta
 Merupakan partikel yang dilepas atau terbentuk pada suatu nukleon





inti. Dapat berupa elektron bermuatan negatif (negatron), bermuatan
positif (positron) atau elektron cupture (penangkapan elektron).
Memiliki energi 0,01 MeV – 3 MeV, dengan daya tembus 100 kali
lebih jauh dari sinar alfa. Partikel alfa dengan energi 1 MeV dapat
menembus air 0,4 Cm.
Menyebabkan kenaikan tingkat energi pada atom yang dilaluinya
(pengion).
Jarak tembus beta positron hampir sama dengan beta negatron.
Positron dapat mendekati elektron atom atau bahkan menyatu dan
berubah menjadi sinar gamma (proses anhiliasi)
Hubungan energi dengan jarak tembus : R  0,543 E - 0,160
E  energi maksimum (MeV)
R  Jarak tembus (gram/cm2 )
Neutron
 Partikel tidak bermuatan listrik yang dihasilkan dalam rekator
nuklir.
 Mempunyai energi tapi tidak mengionisasi.
 Pengurangan energi, melalui:
 Proses hamburan (scattering).
 Reaksi inti → membentuk inti berisotop
 Reaksi fisi → membentuk 2 inti menengah dan beberapa
neutron serta energi.
 Peluruhan → pelapasan salah satu partikel.
• Pemanfaatan: untuk pengobatan tumor otak → cairan Boron
ditembakkan neutron dan mengalami disintegrasi inti sehingga
memancarakan sinar alfa untuk menghancurkan jaringan tumor.
4
4/7/2014
Proton
 Inti zat cair yang bermuatan positif.
 Digunakan dalam radio terapi untuk menghancurkan kelenjar
Sinar Gamma dan Sinar X
 Merupakan gelombang elektromagnetik
 Sinar gamma → hasil disintegrasi inti atom.
 Sinar X → Merupakan sinar katoda, muncul karena adanya perbedaan
potensial arus searah yang besar diantara dua elektroda dalam sebuah
tabung hampa.
 Perbedaan tegangan antar elektroda 20 KeV – 100 KeV, di klinik biasa
digunakan 80 – 90 KeV.
 Sifat sinar X :
 Menghitamkan plat film
 Mengionisasi gas
 Menembus berbagai zat
 Menimbulkan fluoresensi
 Merusak jaringan
5
4/7/2014
Energi Absorbsi
 Penyerapan energi ke dalam materi yang disinari.
 Berdasarkan energi radiasi yang diserap, absorbsi dibagi dalam 3 proses yaitu :
 Efek fotolistrik → energi radiasi diserap dan digunakan untuk melepas elektron
dari ikatan inti pada kulit bagian dalam. Elektron yang dikeluarkan disebut foton
elektron dan membawa energi kinetik sebesar
E  h f o  Ei
E i  Energi ikatan elektron pada lintasan
 Efek kompton → energi radiasi yang terserap hanya sebagian untuk foton
elektron, sisa energi terpancar sebagai “ scattered radiation” dengan energi yang
lebih rendah dari semula. Terjadi pada elektron bebas atau yang berada pada kulit
terluar.
 Pembentukan sepasang elektron → proses pembentukan positron dan
elektron terjadi dengan energi radiasi yang sangat tinggi.
Ionisasi dan Jenis Radiasi
 Ionisasi → peristiwa pembentukan ion positif atau ion negatif
menyebabkan kelainan atau kerusakan pada sel tubuh.
 Ionisasi di udara dapat digunakan sebagai dasar sistem pengukuran
dosis radiasi.
 Jenis radiasi berdasarkan ada tidaknya ionisasi:
 Radiasi yang tdk menimbulkan ionisasi: sinar ungu, sinar infra
merah, gelombang ultrasonik.
 Radiasi yang menimbulkan ionisasi: sinar alfa, sinar beta, sinar
gamma, sinar X dan proton.
 Energi radiasi E(erg) = h x f
h = konstanta Planck = 6,62 x 10-27 erg detik
f = frekuensi radiasi
f
C

C  kecepatan GEM  3 x 1010 cm/detik
  panjang gelombang
6
4/7/2014
Radiasi
 Radiasi → energi yang
dipancarkan dalam bentuk
partikel atau gelombang.
 Radiasi pengion → jika
menumbuk sesuatu
menghasilkan ion (ionisasi) =
radiasi nuklir.
7
4/7/2014
Sumber :
http://www.batan.go.id/pusdiklat/elearning/proteksiradiasi/
pengenalan_radiasi/1-1.htm
Sumber Radiasi
 Radionuklida alami
 Primordial : sudah ada secara alami, memiliki umur paro
panjang.
 Kosmogenik : hasil interaksi sinar kosmik, waktu paro
pendek.
 Radionuklida buatan manusia
8
4/7/2014
Tabel Radionuklida Primordial
Nuklida Lamba Umur-paro
Keterangan
ng
235U 7,04x108 tahun 0,72% dari uranium alam
Uranium
235
238U 4,47x109 tahun 99,2745% dari uranium alam; pada batuan terdapat 0,5 - 4,7
Uranium
238
ppm uranium alam
232Th
1,41x1010 tahu Pada batuan terdapat 1,6 - 20 ppm.
n
226Ra 1,60x103 tahun Terdapat di batu kapur
Thorium
232
Radium
226
Radon 222
222Rn
Kalium 40
40K
3,82 hari
Gas mulia
1,28x109 tahun Terdapat di tanah
Tabel Radionuklida Kosmogenik
Nuklida
Lambang
Umur-paro
Sumber
Karbon 14
14C
5.730 tahun
Interaksi 14N(n,p)14C
Tritium 3
3H
12,3 tahun
Interaksi 6Li(n,a)3H
Berilium 7
7Be
53,28 hari
Interaksi sinar kosmik dengan unsur N
dan O
9
4/7/2014
Tabel Radionuklida Buatan Manusia
Nuklida
Lambang
Tritium 3
3H
Iodium 131
131I
Iodium 129
129I
Cesium 137
137Cs
Umur-paro
Sumber
Technesium
99m
Technesium 99
99mTc
99Tc
Dihasilkan dari uji-coba senjata nuklir, reaktor nuklir,
dan fasilitas olah-ulang bahan bakar nuklir.
8,04 hari
Produk fisi yang dihasilkan dari uji-coba senjata nuklir,
reaktor nuklir. 131I sering digunakan untuk mengobati
penyakit yang berkaitan dengan kelenjar thyroid.
1,57x107 tahun Produk fisi yang dihasilkan dari uji-coba senjata nuklir
dan reaktor nuklir.
30,17 tahun
Produk fisi yang dihasilkan dari uji-coba senjata nuklir
dan reaktor nuklir.
28,78 tahun
Produk fisi yang dihasilkan dari uji-coba senjata nuklir
dan reaktor nuklir.
6,03 jam
Produk peluruhan dari 99Mo, digunakan dalam diagnosis
kedokteran.
2,11x105 tahun Produk peluruhan 99mTc.
Plutonium 239
239Pu
2,41x104 tahun Dihasilkan akibat 238U ditembaki neutron.
Stronsium 90
90Sr
12,3 tahun
Alat Pendeteksi Radiasi
 Radiasi dideteksi menggunakan monitor radiasi: film fotografi,
tabung Geiger-Muller, Pencacah sintilasi, bahan
termoluminesensi dan dioda silikon.
 dosimeter perorangan untuk mengetahui dosis radiasi
 Survaimeter untuk mengukur kecepatan radiasi.
 Pengukuran dosis berdasarkan: kehitaman film dosimeter film)
atau jumah cahaya yang dihasilkan melalui poses pemanasan
(Thermo Luminescence Dosimeter)
10