Universitas Gadjah Mada 1 BAB I. Dasar Fisika Radiasi

BAB I. Dasar Fisika Radiasi
A.
PENDAHULUAN
Bab I tentang Dasar Fisika Radiasi direncanakan selesai dalam waktu 2 kali 3 jam (3 x
50 menit) tatap muka. Sebagai Pendahuluan terdiri dari 3 bagian, yaitu dcskripsi singkat,
relevansi Bab I baik dengan materi kuliah yang pernah diperoleh maupun dengan materimateri yang akan diperoleh kemudian. Selanjutnya diberikan Tujuan Instruksional Khusus
untuk Bab I (Dasar Fisika Radiasi).
A.1
Deskripsi Singkat.
Dasar Fisika Radiasi secara sederhana telah diterapkan dalam berbagai bidang yang
terkait dengan perkembangan ilmu pengetahaun dan teknologi nuklir, khususnya untuk
aplikasi di bidang industri dan rumah sakit. Untuk dapat memahami dasar-dasar fisika radiasi
dengan lebih baik, terlebih dahulu perlu dikenal beberapa macam pengertian yang sangat
dasar, seperti perihal atom, inti atom, elektron, proton, neutron, dan radiasi elektromagnetik.
A.2
Relevansi
Bab I ini bermaksud memperkenalkan kepada mahasiswa ruang lingkup dasar-dasar
fisika radiasi secara umum, selanjutnya dengan mengulangi sedikit tentang beberapa definisi
dan pengertian fisika radiasi, struktur atom dan inti atom, radioaktivitas dan radiasi, sumber
radiasi, dan pengetahuan tentang interaksi radiasi dengan bahan, mahasiswa akan lebih
mengerti bahwa dasar-dasar fisika radiasi mutlak diperlukan dalam mempelajari tentang
proteksi radiasi dan keselamatan kerja di berbagai lapangan pekerjaan. Dari materi Bab I ini
mahasiswa juga akan mengetahui bahwa dasar-dasar fisika radiasi pada mulanya justru
untuk memenuhi kebutuhan praktis, baru kemudian berkembang untuk keperluan
penerapan-penarapan di berbagai bidang, khususnya terkait dengan masalah proteksi
radiasi dan keselamatan kerja.
A.3
Tujuan Instruksional Khusus
Setelah mengikuti pelajaran ini mahasiswa diharapkan dapat :
a. menyebutkan definisi dan pengertian fisika radiasi,
b. membedakan pengertian tentang struktur atom dan inti atom,
c. menyebutkan pengertian tentang radioaktivitas dan radiasi,
d. mengenal adanya berbagai macam sumber radiasi,
e. menjelaskan proses interaksi radiasi dengan bahan.
Universitas Gadjah Mada
1
B. PENYAJIAN
Untuk penyajian bahan kuliah ini (Dasar Fisika Radiasi) akan dikelompokkan dalam
tiga bagian, yaitu uraian beserta contoh-contoh dan ilustrasi yang terkait dengan uraian,
latihan soal-soal yang harus diselesaikan mahasiswa, baik sebagai latihan di dalam kelas
(acara tatap muka), maupun tugas untuk dikerjakan di rumah, rangkuman dari keseluruhan
penyajian.
B.1. Uraian
1.1. Definisi dan Pengertian
Untuk dapat memahami dasar fisika radiasi dengan lebih baik, terlebih dahulu perlu
dikenal beberapa macam pengertian yang sangat dasar berikut ini.
1.
Atom.
Atom adalah bagian terkecil materi yang masih memiliki sifat dasar materi tersebut.
Atom mempunyai ukuran sekitar 10-8 cm atau 10-10 m atau 1 angstrom. Atom dibedakan
berdasarkan jenis unsur sesuai dengan simbol kimia seperti terdapat pada tabel periodik.
2.
Inti Atom.
Inti atom adalah bagian mungil di tengah atom, merupakan bagian dari atom yang
memiliki massa terbesar dan berukuran sekitar 10-12 cm atau 10-4 angstrom. Hampir semua
inti atom tersusun dari dua jenis partikel yang disebut proton dan neutron.
3.
Bilangan Avogadro.
Bilangan Avogadro adalah bilangan yang menyatakan jumlah atom dalam satu gram
atom atau jumlah molekul di dalam satu gram molekul zat. Bilangan Avogadro lazim
dituliskan dengan simbol NA dengan,
NA = 6,023 x 1023 atom/gram atom
= 6,023 x 1023 atom/gram molekul
sehingga jumlah atom dari suatu unsur dengan massa m gram, dapat dinyatakan oleh
rumus,
N
4.
=
Satuan Massa Atom (sma).
Oleh karena massa suatu atom, inti atom dan partikel-partikel penyusun inti atom
adalah sangat kecil, maka lazimnya massa tersebut dinyatakan dalam satuan yang
ukurannya sangat kecil yang disebut 'satuan massa atom'. Setiap satu mol zat mengandung
6,023 x 1023 molekul atau atom (Bilangan Avogadro) dan berat 1 mol zat dinyatakan dalam
gram sama dengan berat molekul/atomnya. Dalam Kongres Tenth General Assembly of the
Union of Pure and Applied Physics tahun 1960 telah ditetapkan massa atom 6C12 sebagai
standar. Untuk 6C12, 1 mol =
12 gram. Oleh karena itu berat 1 atom :
Universitas Gadjah Mada
2
12 g/mol : 6,023 x 1023 atom/mol = 1,99 x 10-23 g
Jadi,
1 sma = 1/12 x massa 6C12
= 1/12 x 1,99 x 10-23
= 1,66 x 10-24 g
5.
Elektron.
Elektron ditemukan pertama kali secara eksperimental oleh J.J. Thompson pada tahun
1897. Elektron merupakan sebuah partikel yang bermuatan listrik negatif sebesar,
= 1,6022 x 10-19 Coulomb
e
dan memiliki massa sebesar,
= 0,000549 sma = 9,1091 x 10'31 kg
me
6.
Proton.
Proton ditemukan secara eksperimental oleh C.D. Anderson pada tahun 1932.
Dibandingkan dengan elektron, proton memiliki muatan yang besarnya sama, namun
berlawanan tanda, sedang massanya jauh lebih besar,
= 1,007287 sma = 1,6725 x 10.27 kg
mp
Bersama-sama dengan neutron, proton merupakan partikel penyusun inti atom, kecuali
pada atom hidrogen yang inti atomnya hanya terdiri dari sebuah proton saja.
7.
Neutron.
Neutron ditemukan oleh Chadwick pada tahun 1932. Dibandingkan terhadap proton,
neutron memiliki massa yang hampir sama namun tidak bermuatan listrik. Neutron
merupakan partikel yang tidak bermuatan dengan massa sebesar,
= 1,008665 sma = 1,6748 x 107 kg
mn
Sebagai partikel penyusun inti atom, proton dan neutron disebut pula neuklon.
8.
Elektron Volt (eV).
Elektron volt merupakan satuan energi ukuran kecil yang akan banyak dijumpai dalam
fisika radiasi. Satu elektron volt (eV) adalah energi yang diperoleh elektron setelah melintasi
beda potensial satu volt di dalam medan listrik.
Jadi,
1 eV
= 1,602 x 10-19 Joule
Di samping eV, sering digunakan pula kilo elektron volt (keV) dan mega elektron volt (MeV),
yaitu:
1 keV = 103 eV
1 MeV = 103 keV = 106 eV
9.
Kesetaraan antara Massa dan Energi.
Universitas Gadjah Mada
3
Menurut teori relativitas Einstein (1905), massa tidak lain adalah suatu bentuk energi
yang sangat padat atau mampat, dan dinyatakan oleh rumusnya yang terkenal,
= mc2
E
dengan,
m
= massa bends
c
= kecepatan rambat cahaya di dalam ruang hampa
= 3 x 108 m/detik
Berdasarkan rumus di atas, maka massa sebesar 1 sma adalah setara dengan energy
sebesar,
= (1,66 x 10-27 kg) x (3 x 108 m/detik)2
E
= 14,94 x 10-13 Joule
= 931 MeV
10.
Radiasi Elektromagnetik.
Radiasi elektromagnetik memancarkan gelombang elektromagnetik. Menurut Max
Planck (1960) pemancaran energi radiasi elektromagnetik dari sumbernya tidak berlangsung
secara kontinyu melainkan secara terputus (diskrit), merupakan paket-paket yang harganya
tertentu yang disebut kuanta. Besar energi setiap kuanta adalah bergantung pada frekuensi
gelombang menurut rumus,
E
= hv = h c/
dengan,
E
= energi dalam Joule
h
= konstanta Planck (= 6,6262 x 104 Joule detik)
v
= frekuensi (siklus/detik atau gelombang/detik)

= panjang gelombang dalam meter
Selanjutnya dari keberhasilan Einstein (1905) menggunakan teori kuanta untuk
menerangkan mekanisme terjadinya efek fotolistrik, ditarik kesimpulan bahwa kuanta juga
memiliki massa efektif yang selanjutnya dikenal sebagai foton. Besarnya massa efektif dari
foton adalah,
m
= hv / c2
Kebanyakan spektrum radiasi elektromagnetik tidak terlihat mata, kecuali radiasi
elektromagnetik dalam batas panjang gelombang antara 4000 angstrom sampai 7000
angstrom, yaitu spektrum cahaya yang dapat dilihat mata. Adapun spektrum dari berbagai
macam radiasi elektromagnetik yang tidak terlihat mata, antara lain: sinar kosmik, sinar-y,
sinar-X, gelombang radio, TV, radar.
Universitas Gadjah Mada
4
Gambar I.1. Spektrum elektromagnetik
Universitas Gadjah Mada
5
1.2. Struktur Atom dan Inti Atom.
1.
Simbol Atom dan Nuklida.
Suatu gabungan dari nukleon-nukleon tertentu yang merupakan inti atom unsur
tertentu disebut nuklida. Atom dan nuklida dibedakan sesuai dengan lambang kimianya
(nama unsur kimianya). Salah sate eara untuk menyatakan simbol atom dan nuklida adalah
sebagai berikut,
x
AZ
dengan,
A
= nomor massa atom atau nuklida, yang menyatakan jumlah proton dan neutron
dalam inti atom,
Z
= nomor atom nuklida, yang menyatakan jumlah proton dalam inti atom; pada
atom yang netral (tidak bermuatan listrik) Z sama dengan jumlah elektron yang
mengitari inti atom,
X
= lambang kimia atom unsur.
Sekalipun lambang kimia unsur dibedakan dengan nomor atomnya, tetapi suatu unsur
dapat memiliki atom-atom dengan massa yang berbeda. Dari sini timbul pengertian,
a.
Isotop, adalah nuklida-nuklida dengan nomor atom (Z) sama tetapi berbeda
nomor massanya (A). isotop-isotop memiliki jumlah proton yang sama di dalam intinya tetapi
berbeda jumlah neutronnya.
Contoh
b.
:
29Cu
63
, 29Cu65
Isoton, adalah nuklida-nuklida dengan jumlah neutron (N) yang sama tetapi
berbeda nomor atomnya (Z).
Contoh
c.
:
12Mg
26,
27
28
13Al , 14Si
Isobar, adalah nuklida-nuklida dengan nomor massa (A) yang sama tetapi
berbeda nomor atomnya (Z).
Contoh
2.
:
14Si
31
, 15P31, 16S31
Model Atom Bohr
Untuk mengenal secara singkat struktur atom dan inti atom, dewasa in telah dapat
diterima bahwa atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan sejumlah elektron yang
mengitari inti atom di dalam orbit-orbit tertentu, yang oleh Bohr orbit-orbit tersebut dinamai
orbit K (n = 1),
orbit L (n = 2), orbit M (n = 3), dan seterusnya, seperti diperlihatkan
pada Gambar 1.2. dan dikenal dengan model atom Bohr. Selanjutnya oleh Bohr didapatkan
bahwa,
a.
Elektron yang mengitari inti atom di dalam orbit lingkaran tertentu tidak
memancarkan radiasi. Orbit yang demikian disebut orbit stationer atom, Di dalam orbit
tersebut elektron memiliki energi tertentu, yang alzim disebut .
Universitas Gadjah Mada
6
b.
Apabila terjadi transisi elektron dari suatu orbit ke orbit lain, maka akan disertai
radiasi elektromagnetik dengan frekuensi n yang ditentukan dari,
hv = i - f
Jika i > f , terjadi pemancaran energi radiasi, namun jika 1 < f terjadi penyerapan energi
radiasi.
Gambar 1.2. Model atom Bohr
Radiasi elektromagnetik yang dihasilkan sebagai akibat perpindahan elektron dari orbit
yang lebih luar menuju ke orbit yang lebih dalam dikenal pula sebagai 'sinar-X karakteristik'.
Besarnya energi sinar-X karakteristik ditentukan oleh jenis atom serta tergantung pada jenis
orbit elektron, mula-mula tinggai dan jenis orbit di mana kemudian elektron berpindah.
Beberapa nama sinar-X karakteristik berkaitan dengan jenis orbit dapat dilihat pada
Gambar 1.3.
Universitas Gadjah Mada
7
Gambar 1.3. Nama sinar-X karakteristik berkaitan dengan jenis orbit
Analisis dengan menggunakan sinar-X karaketristik dewasa ini memiliki penggunaan
yang sangat luas berkaitan dengan penentuan konsentrasi dari komposisi material. Ikatan
elektron di dalam orbit ditimbulkan oleh gaya tarik elektrostatik antara elektron dengan inti
atom. Sedang proton dan neutron di dalam inti terikat oleh gaya-gaya yang sangat kuat yang
disebut gaya inti. Gaya ini tidak tergantung pada jenis nukleon. Gaya ini bekerja dalam jarak
yang sangat pendek sekitar 10-15 m atau 1 fermi. Oleh karena ikatan elektron di dalam atom
relatif lemah maka elektron mudah dipindahkan dari etom yang netral. Demikian pula atom
dapat memperoleh tambahan elektron. Peristiwa tersebut disebut ionisasi dan atom yang
tidak netral lagi karena kekurangan atau kelebihan elektron disebut ion. Pada perpindahan
elektron dari atom, akan terbentuk sepasang ion yaitu elektron bebas dan atom yang
bermuatan positif atau ion positif.
3.
Stabilitas Intl.
Apabila digambarkan nuklida stabil dari unsur-unsur di alam dalam suatu diagram
antara
N (jumlah neutron) dan Z (jumlah proton) akan diperoleh kurve seperti pada
Gambar 1.4. Pada gambar tersebut terlihat bahwa nuklida dengan Z < 20 bersifat stabil,
nuklida memiliki jumlah neutron dan jumlah proton yang hampir sama atau N/Z = 1,
sedangkan nuklida stabil dengan
Z > 20 atau N > 20, memiliki jumlah neutron
yang lebih besar daripada jumlah protonnya, atau
N/Z > 1.
Universitas Gadjah Mada
8
Sebagai contoh,
12
6C
memiliki N = 6, Z = 6
20X
48
83X
209
memiliki N = 28, Z = 20 (stabil)
memilki N = 126, Z = 83 (stabil)
atau N/Z > 1,5
Keadaan ini mudah dimengerti mengingat antara proton dengan proton di dalam inti
terdapat gaya tolak elektrostatik, sehingga dengan jumlah proton lebih dari 20,
membutuhkan jumlah neutron yang lebih banyak untuk dapat menghasilkan gaya tarik guna
mempertahankan stabilitas nuklida.
Namun mengingat bahwa daerah gaya tank ini ada batasnya, gaya tank yang kuat
hanya pada interaksi nukleon-nukleon yang berdekatan, sedang gaya tolak elektrostatik
Coulomb dapat bekerja dengan semua proton di dalam inti, maka pengaruh penambahan
neutron untuk mempertahankan stabilitas inti ada batasnya. Batas tersebut terjadi pada
isotop Bismuth, nuklida 83Bi209, yaitu nuklida paling berat yang stabil.
Nuklida-nuklida lain dengan Z > 83 dan A > 209 adalah nuklida yang tidak tabil dan
secara spontan akan melakukan disintegrasi (peluruhan) menuju nuklida stabil lengan
memancarkan sinar radioaktif.
1.3. Radioaktivitas dan radiasi.
1.
Jenis peluruhan.
Universitas Gadjah Mada
9
Pada Gambar 1.4. tampak bahwa lokasi nuklida-nuklida stabil pada diagram N-Z
membentuk lokasi yang sangat teratur, yang secara pendekatan dapat dikatakan
membentuk kurve stabilitas nuklida mulai dari N/Z = 1 untuk nuklida ringan hingga N/Z > 1,5
untuk nuklida berat.
Nuklida-nuklida tidak stabil baik yang terdapat di slam maupun yang diproduksi melalui
suatu proses pembuatan, terdapat di atas atau di bawah kurve stabilitas nuklida. Nuklidanuklida tidak stabil ini akan melakukan peluruhan untuk menuju pada lokasi stabilitas nuklida
dengan memancarkan sinar-sinar radioaktif, sehingga dinamakan pula nuklida radioaktif.
Jika dilihat dari lokasi nuklida tidak stabil dalam diagram N-Z dan jenis sinar radioaktif
yang dipancarkan, dikenal 3 macam peluruhan (Gambar I.5a.).
Gambar I. 5a. Kurve stabilitas dan lokasi nuklida tidak stabil pada diagram N-Z.
1.a. Peluruhan alpha ().
Pada peluruhan  dipancarkan sinar  yang terdiri dari partikel , yaitu partikel yang
bermuatan listrik positif yang terbentuk di dalam inti atom dan terdiri dari dua proton dan dua
neutron. Oleh karena partikel  memiliki sifat-sifat yang sama dengan inti helium maka
secara simbolik dinyatakan dengan 2He4.
Nuklida radioaktif yang melakukan peluruhan  akan kehilangan dua proton dan dua
neutron dan membentuk nuklida baru. Apabila nuklida radioaktif sebelum melakukan
peluruhan  secara simbolik dinyatakan dengan ZXA, maka setelah melakukan peluruhan 
nuklida tersebut menjadi nuklida baru yang secara simbolik dinyatakan dengan
Z-2X
A-4
.
Peristiwa peluruhan  ini dapat dituliskan secara simbolik melalui reaksi inti sebagai berikut,
,
ZX
A
 Z-2YA-4 + 24
Universitas Gadjah Mada
10
Apabila peristiwa peluruhan a ini ditelaah melalui diagram N-Z (Gambar 1.5a.), maka
mudah dipahami bahwa lokasi nuklida bare ini di dalam diagram N-Z akan bergeser dua
satuan ke kiri dan dua satuan ke bawah menuju pada kurve stabilitas nuklida sesuai dengan
perubahan harga N/Z nuklida tersebut. Jadi dari nuklida radioaktif yang berada di bawah
garis stabilitas nuklida, melalui peluruhan a dimungkinkan terbentuk nuklida stabil.
1.b. Peluruhan beta ().
Pada peluruhan , dari inti atom dipancarkan sinar  dapat dibedakan dua macam
sinar , yaitu sinar - terdiri dari partikel - yang sifat-sifatnya sama dengan elektron dan
sinar ` terdiri dari partikel ` yang sifat-sifatnya sama dengan elektron tetapi bermuatan
listrik positif sebesar muatan elektron, disebut positron. Partikel - secara simbolik
dinyatakan sebagai
0
-1e
dan partikel + secara simbolik dinyatakan sebagai
0
+1e ,
sehingga
peristiwa peluruhan dapat dituliskan secara simbolik melalui reaksi inti sebagai berikut,
Peluruhan -
:
zX
A

A
Z-1Y
+ -1e0
Peluruhan +
:
zX
A

A
Z-1Y
+ +1e0
Jadi pada peluruhan - nuklida radioaktif zXA berubah menjadi nuklida
z-1X
A
atau di dalam
nuklida tersebut terjadi penambahan satu proton dan pengurangan satu neutron, sehingga
dikatakan bahwa pada peluruhan - di dalam nuklida terjadi perubahan neutron menjadi
proton. Sedangkan pada peluruhan +, nuklida zXA berubah menjadi nuklida
z-1X
A
atau di
dalam inti tersebut terjadi pengurangan satu proton dan penambahan satu neutron, sehingga
dikatakan bahwa pada peluruhan + di dalam nuklida terjadi perubahan proton menjadi
neutron.
Apabila peluruhan  ini ditelaah melalui diagram N-Z (Gambar I.5a.), maka mudah
dipahami bahwa pada peluruhan + lokasi dari nuklida baru di dalam diagram N-Z bergeser
satu satuan ke bawah dan satu satuan ke kanan dan pada peluruhan - lokasi nuklida baru
di dalam diagram N-Z bergeser satu satuan ke atas dan sate satuan ke kiri. Dengan
demikian nuklida radioaktif yang berada di sebelah kiri kurve stabilitas nuklida, melalui
peluruhan - berubah menjadi nuklida stabil. Demikian pula nuklida radioaktif yang berada di
sebelah kanan kurve stabilitas nuklida, melalui peluruhan + dimungkinkan berubah menjadi
nuklida stabil.
1.c. Peluruhan Gamma ().
Peluruhan  memancarkan sinar  yang merupakan radiasi elektromagnetik. Peluruhan
terjadi pada nuklida yang berada dalam keadaan tereksitasi yaitu nuklida yang memiliki
tingkat energi di atas tingkat terendahnya (tingkat dasar atau ground state). Tingkat energi
dasar nuklida adalah energi ikat total dari nuklida stabil.
Universitas Gadjah Mada
11
Nuklida tereksitasi biasanya terjadi dari nuklida yang melakukan peluruhan α atau ,
dan untuk mencapai energi dasar atau keadaan stabil dilakukan pelepasan energi melalui
peluruhan . Namun pada diagram N-Z tidak terjadi perubahan letak nuklida karena tidak
terjadi perubahan jumlah proton atau neutron melainkan hanya perubahan energi.
Berkenaan dengan itu, maka nuklida radioaktif yang melakukan pelurilhan y dapat
dituliskan secara simbolik melalui persamaan reaksi inti sebagai berikut,
ZX
A
2.
 ZXA + 
Sifat Sinar Radioaktif.
Beberapa sifat khusus tiga macam sinar radioaktif, yaitu pertikel α, sinar , dan foton 
sebagai berikut.
2.a. Sinar alpha (α).
Partikel α berupa inti atom helium dan bermuatan listrik positif sebesar dua kali muatan
elektron.
Daya ionisasi partikel α sangat besar, kurang lebih 100 kali daya ionsiasi sinar  dan
10.000 kali daya ionisasi sinar .
Oleh karena daya ionisasi partikel α sangat besar maka jarak jangkaunya di udara
berkisar antara 3,4 hingga 8,6 cm bergantung pada energi sinar α.
Karena bermuatan listrik maka berkas partikel α akan dibelokkan jika melewati medan
magnet atau medan listrik.
Partikel α dipancarkan dari nuklida radioaktif dengan kecepatan yang bervariasi antara
1/100 hingga 1/10 kecepatan cahaya.
2.b. Sinar Beta ().
Dapat dibedakan dua macam sinar , yaitu - yang terdiri dari elektron dan + yang
terdiri dari positron.
Daya ionisasi di udara 1/100 kali daya ionisasi partikel α.
Kecepatan partikel  yang dipancarkan oleh berbagai nuklida radioaktif terletak antara
1/100 hingga 99/100 kecepatan cahaya.
Karena sangat ringan, maka partikel  mudah sekali dihamburkan jika melewati
medium.
Partikel  akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau medan listrik.
2.c. Sinar Gamma ().
Sinar  adalah radiasi elektromagnetik terdiri dari foton yang energinya besar. Sinar 
dipancarkan dari nuklida tereksitasi dengan panjang gelombang antara 0,005 anstrom
hingga 0,5 anstrom.
Universitas Gadjah Mada
12
Daya ionisasi di dalam medium sangat kecil sehingga daya tembusnya sangat besar
dibandingkan dengan daya tembus partikel α atau .
Kemampuannya untuk menghasilkan fluoresensi dan menghitamkan pelat potret lebih
besar dibandingkan dengan partikel α atau .
3.
Hukum Peluruhan
Dari eksperimen terbukti bahwa peluruhan radioaktif memenuhi hukum eksponensial
atau yang lebih dikenal dengan hukum peluruhan. Bagaimana dapat dijelaskan perolehan
hukum tersebut? Hal ini dapat dijelaskan apabila peluruhan dianggap bukan merupakan
kejadian yang berlangsung serentak atau bersamaan melainkan dianggap sebagai peristiwa
statistik. Berdasarkan sifat statistik ini apabila sejumlah N nuklida, tak mungkin dapat diramal
nuklida mana yang akan meluruh pada detik berikutnya, mengingat kebolehjadian terjadinya
peluruhan dari setiap nuklida dalam waktu dt adalah,
 dt
dengan lambda () adalah suatu konstanta yang disebut konstanta peluruhan.
Apabila N adalah sejumlah nuklida yang belum meluruh pada suatu saat, dN adalah
sejumlah nuklida yang akan meluruh dalam waktu dt maka dapat dituliskan,
dN = - dt N
Sehingga,
N(t) = N0 e-t
dengan,
No = jumlah nuklida radioaktif pada saat t = 0
N(t) = jumlah nuklida radioaktif pada saat t
Persamaan di atas dikenal sebagai Hukum Peluruhan.
4.
Aktivasi Radiasi dan Satuannya.
Yang dimaksud dengan aktivasi radiasi adalah besaran yang menyatakan jumlah
peluruhan yang terjadi per detik. Secara simbolik biasa dinyatakan dengan A. sehingga
secara matematik dapat dituliskan,
A(t) = dN/dt
A(t) = No e-t
Dengan A(t) adalah aktivitas radiasi pada saat t. Analog dengan itu, maka A0 yaitu
aktivitas pada saat t = 0 dapat dituliskan sebagai
A0 =  No
Oleh karena N(t) = No
dan A(t) = ?No et, maka diperoleh hubungan,
A(t) = Ao e'
Persamaan ini menyatakan bahwa aktivitas radiasi berkurang secara eksponensial dengan
waktu (Gambar I.5b ).
Universitas Gadjah Mada
13
Gambar I.5b. Aktivitas radiasi sebagai fungsi dari waktu (Tv2 = waktu paro)
Perlu diketahui suatu besaran yang disebut waktu paro, yaitu interval waktu yang
dibutuhkan sedemikian rupa sehingga aktivitas radiasi berkurang dengan separonya. Waktu
paro secara simbolik biasa dituliskan dengan T1/2. Oleh karena itu apabila t = T1/2, maka,
A(t) = A0 / 2
Yang berarti juga,
N(t) = N0 / 2 N(t)
Sehingga dapat dituliskan,
A(t)/2 = A0 e-T1/2
- In 2 = - . T1/2
T1/2
= In 2 / 
atau,
T1/2 = 0,693 / 
Sejak tahun 1976 dalam sistem Satuan Internasional (SI), aktivitas radiasi dinyatakan
dengan satuan Becquerel (Bq) yang didefinisikan sebagai,
1 Bq = 1 peluruhan per detik
sebelumnya digunakan satuan Curie (Ci) untuk menyatakan aktivitas radiasi yang
didefinisikan sebagai,
1 Ci = 3,7 x 1010 peluruhan per detik
dan satuan-satuan berkaitan yang lebih kecil yaitu miliCurie (mCi) dan mikroCurie (pCi),
dengan,
1 mCi = Ci
1 Ci = 10-6 Ci
Universitas Gadjah Mada
14
Mengingat bahwa satuan Becquerel adalah relatif baru, sedang satuan Curie sudah
digunakan cukup lama, dalam kenyataannya sekarang kedua satuan tersebut, pada masa
peralihan, masih digunakan. Hubungan antara kedua satuan tersebut adalah,
1 Ci
= 3,7x 1010 Bq
1 Bq
= 22,027 x 10-12 Ci
Tabel I.1. Awalan pada sistem metrik
Kelipatan sepuluh
1018
1015
1012
109
106
103
102
101
10-1
10-2
10-3
10-6
10-9
10-12
10-15
10-18
Satuan Curie menyatakan jumlah
Awalan
Simbol
Eksa
E
Penta
P
Tera
T
Giga
G
Mega
M
kilo
k
hekto
h
deka
da
desi
d
senti
c
mili
m
mikro

nano
n
piko
p
femto
f
a
atto
peluruhan per satuan waktu. Jumlah peluruhan
dapat berbeda dengan jumlah radiasi yang dipancarkan, misalnya untuk Co60, setiap atom
Co60 memancarkan sebuah partikel  dan dua sinar  sehingga dalam hal ini 1 Ci dari Co60
memancarkan 3,7 x 1010 /detik dan 7,4 x 1010 /detik. Oleh karena itu aktivitas suatu sumber
radioaktif dapat dihitung secara teliti berdasarkan data eksperimental apabila skema
peluruhan radioisotop tersebut diketahui.
Radioisotop Cs137 memancarkan  dan , sedangkan Ra224 memancarkan α dan 
(Gambar I.5c.)
Universitas Gadjah Mada
15
Gambar I.5c. Skema peluruhan
5. Aktivitas Jenis.
Aktivitas jenis unsur radioaktif didefinisikan sebagai aktivitas satu gram zat, biasanya
dinyatakan dalam satuan Curie/gram. Makin pendek waktu paro unsur radioaktif, makin
besar aktivitas jenisnya. Aktivitas jenis bisa dihitung dari rumus,
(A)sp
= N
dengan N adalah jumlah atom dalam satu gram unsur radioaktif.
Unsur Ra226 dengan waktu paro 1620 tahun, maka aktivitas jenisnya adalah,
(A)sp
= N
= 0,99 Ci/gram
1.4. Sumber Radiasi.
Untuk mengenal adanya berbagai macam sumber radiasi, berikut ini secara ringkas
diperkenalkan berbagai macam sumber radiasi.
1.
Sumber Radiasi Alam.
Sumber radiasi alam pada dasarnya dapat dibedakan ke dalam:
a. Sumber radiasi yang berasal dari Benda langit di luar tata surya dalam bentuk
sinar kosmik, yaitu pertikel yang energinya tinggi (1017)
3
7
10
22
24
14
1H , 4Be , 4Be , 11Na , 11Na , 6C
b. Sumber radiasi yang berasal dari unsur radioaktif yang terdapat di kerak bumi
yang terbentuk sejak terjadinya bumi, misalnya
40
19K ,
deret uranium, dan deret
thorium.
Universitas Gadjah Mada
16
2.
Sumber Radiasi Buatan.
Dewasa ini telah banyak sekali unsur radioaktif berhasil dibuat oleh manusia
berdasarkan reaksi inti antara lain nuklida yang tidak radioaktif dengan neutron (di dalam
reaktor atom) atau berdasarkan reaksi inti antara nuklida yang tdiak radioaktif dengan
partikel cepat (di dalam alat-alat pemercepat partikel, misalnya akselerator, siklotron).
Contoh sebuah reaksi inti untuk menghasilkan radionuklida adalah,
27Co
59
27Co
60
+ 0n1  27Co60*
*
 27Co60 + 
Dalam pemakaiannya, zat radioaktif sering digunakan sebagai sumber radiasi yang
berkekuatan tinggi (di atas 1 kCi), sebagai suatu irradiator dengan pelindung yang sangat
memadai. Irradiator banyak digunakan di rumah sakit (irradiator Co60 dan Cs137) dalam
industri (irradiator Co60).
Di samping penggunaan zat radioaktif sebagai irradiator, penggunaan zat baik sebagai
sumber radiasi tertutup maupun terbuka di berbagai bidang ini sangat maju dengan
pesatnya, misalnya dalam bidang kedokteran, industri, pertanian dan pertambangan.
Sumber sinar  yang banyak digunakan di bidang radiografi dalam industri di antaranya
adalah Co60, Ir192, Ta170, dan Cs137. Ketiga sumber yang pertama dihasilkan dari yang tidak
radioaktif melalui irradiasi dengan neutron di dalam reaktor atom, sedang Cs137 dihasilkan
dari reaksi pembelahan inti U236 dengan neutron.
3.
Sumber Radiasi Neutron.
Sejak ditemukannya neutron oleh Chadwick pada tahun 1932, kemudian dapat
dipelajari bahwa ternyata neutron dapat diperoleh melalui berbagai cara. Sebagai sumber
radiasi neutron, neutron pada umumnya diperoleh dari sumber radioaktif dan'bahan target
berdasarkan reaksi (α,n) atau (,n).
Pada reaksi (α,n), sebagai sumber α lazim digunakan Ra226, Po210, Pu239 dan Am241,
sedang sebagai bahan target sering digunakan B, Be, Li, Na atau F. Oleh karena partikel α
yang dipergunakan memiliki spektrum energi yang melebar, sehingga neutron yang
dihasilkan memiliki energi tinggi yang bentuk spektrumnya juga melebar dengan energi ratarata pada umumnya di atas 1 MeV. Untuk pasangan Po-B, energi neutron yang dihasilkan
relatif dapat dianggap mendekati tunggal.
Contoh dari reaksi inti antara α dengan berrylium adalah berlangsung melalui
pembentukan inti majemuk melalui proses reaksi sebagai berikut,
9
4Be
+ 2He4  (6C13)*  6C12 + 0n1
Tanda dalam kurung menunjukkan inti majemuk dan simbol * menunjukkan bahwa inti
berada dalam keadaan tereksitasi.
Universitas Gadjah Mada
17
Dalam bentuk yang sebenarnya sebagai suatu sumber neutron, biasanya sumber α terdapat
dalam bentuk serbuk yang dicampur dengan serbuk sangat halus dari bahan target, dengan
campuran ini sebagai sumber radiasi neutron terkungkung dalam bentuk kapsul dan
disimpan dalam sebuah kontainer.
Pada reaksi (,n), sebagai sumber antara lain biasa dipergunakan Na24, Ga72, I133,
Sb124, La140, dan Ra226. Sedang sebagai bahan target lazim dipergunakan Be atau air berat
(D20).
Dibandingkan terhadap spektrum energi neutron yang dihasilkan berdasarkan reaksi
(,n) yang spektrumnya melebar, maka energi neutron yang dihasilkan oleh foton dengan
energi tunggal akan merupakan neutron energi tunggal pula.
Di samping itu, sebagai radiasi neutron dapat dipergunakan pula Californium-252 atau
Cf
252
, yang sebenarnya meerupakan radioisotoip pemancar α yang juga melakukan
pembelahan inti spontan dengan 10 kali pembelahan pada setiap 313 kali peluruhan α.
Adapun waktu paronya untuk peluruhan α adalah 2,73 tahun dan untuk pembelahan spontan
adalah 2,65 tahun. Energi neutron rata-rata yang dihasilkan 2,3 MeV dan neutron terbanyak
adalah memiliki energi 1 MeV.
4.
Pembangkit Radiasi Sinar-X.
Setelah ditemukannya sinar-X oleh Wilhelm Roentgen pada tahun 1895, dewasa ini
pemakaian sinar-X di bidang radiografi industri maupun di bidang kedokteran dan industrio
banyak dilakujkan. Secara sederhana dapat diterangkan bahwa sinar-X dihasilkan oleh
tabung sinar-X yaitu tabung gelas hampa udara yang dilengkapi dengan dua buah elektrode,
yaitu anoda atau target dan katoda. Sebagai akibat interaksi antara elektron cepat yang
dipancarkan dari katoda ke target dipancarkan sinar-X dari permukaan target.
Dapat dibedakan dua jenis sinar-X berdasarkan proses terjadinya, yaitui
a.
Radiasi yang dihasilkan akibat perlambatan berkas elektron cepat yang
mengenai target disebut bremstrahlung dan menghasilkan spektrum kontinyu,
b.
Radiasi yang dihasilkan akibat tumbukan berkas elektron cepat dengan elektron
orbit dari atom target, dikenal dengan sinar-X karakteristik yang meiliki spektrum
garis.
Berkenaan dengan hal itu, maka fungsi dari arus listrik yang dialirkan pada filamen
yang pada gilirannya mengatur panasnya permukaan filamen akan menentukan banyaknya
produksi elektron yang keluar dari filamen, yang berarti mengatur intensitas sinar-X yang
dihasilkan. Adapun tegangan target akan mengatur besarnya energi elektron cepat yang
mengenai target, yang berarti menentukan besarnya energi sinar-X yang dihasilkkan di
samping intensitas sinar-X (Gambar 1.6.)
Universitas Gadjah Mada
18
Gambar 1.6. Spektrum sinar-X dari perak,
1.5. Interaksi Radiasi Dengan Bahan.
1.
Interaksi Partikel Bermuatan Dengan Materi.
Pada interaksi partikel bermuatan dengan materi dapat dibedakan antara partikel berat
bermuatan dengan partikel ringan bermuatan. Contoh partikel berat bermuatan adalah
partikel α dan proton, sedangkan partikel ringan bermuatan adalah elektron dan positron.
Kehilangan energi dari partikel berat bermuatan ke suatu zat yang dilaluinya
berlangsung melalui tumbukan tidak elastik dengan elektron terluar atom zat tersebut.
Apabila perpindahan energi cukup besar, terjadilah ionisasi, namun apabila energinya kecil
hanya eksitasi yang terjadi. Di dalam udara hanya kurang lebih 30 % dari ionisasi total
ditimbulkan oleh partikel α (ionisasi primer), sedang sisanya (70 %) merupakan ionisasi
sekunder yaitu ionisasi yang ditimbulkan oleh elektron-elektron hasil ionisasi oleh partikel α.
Apabila partikel berat bermuatan melalui suatu zat maka terbentuklah pasanganpasangan ion sepanjang jejaknya sampai akhirnya partikel tersebut berhenti karena
kehilangan energinya. Oleh karena jejak partikel α lurus, maka jejaknya sama dengan
panjang jangkauannya. Hal ini tidak berlaku untuk partikel-partikel ringan bermuatan.
Dalam udara pada suhu 15°C dan tekanan 760 mmHg, besarnya jangkauan rata-rata
untuk partikel α dengan energi 4 - 7 MeV memenuhi hubungan empirik,
R= 0,318 E312
dengan E dalam MeV, dan R dalam cm.
Sedang untuk partikel ringan bermuatan, misalnya elektron yang bergerak melalui
suatu zat atau medium, kehilangan energinya disebabkan karena dua hal, yaitu:
a.
ionisasi (apabila energi elektron rendah),
b.
bremstrahlkung (apabila energi elektron tinggi).
Proses ionisasi yang terjadi di sini, seperti halnya pada proses ionisasi pada partikel
berat yakni karena tumbukan tidak elastik antara elektron datang dengan elektron-elektron
dari atom medium. Perbedaan yang timbul hanya disebabkan karena kedua massa partikel
yang saling bertumbukan sama yakni elektron dengan elektron.
Universitas Gadjah Mada
19
Apabila di dalam medium tersebut elektron dapat mencapai daerah medan listrik inti
dari atom medium, maka elektron akan mengalami perlambatan yang berakibat terjadinya
pemancaran radiasi elektromagnetik yang disebut bremstrahlung.
Panjang jangkauan partikel bermuatan di dalam medium umumnya dinyatakan dalam
2
cm namun dewasa ini banyak yang lebih menyukai untuk menyatakan dalam satuan massa
per satuan luas (gram/cm2) untuk menggantikan jarak atau tebal.
Sebagai contoh:
Suatu kolom udara yang luasnya 1 cm2 dan tebalnya 1 cm pada kondisi normal
mengandung 1,29 miligram udara, sehingga 1 cm lapisan udara memiliki massa area 1,29
miligram/cm2.
Hubungan antara jarak jangkauan elektron dengan energi di dalam alumunium
adalah:
R (gram/cm2) = 0,4072 Emaks, untuk 0,15 MeV < Emaks < 0,8 MeV
dan
R (gram/cm2) = 0,542 Emaks - 0,133, untuk Emaks > 0,8 MeV
2.
Interaksi Sinar-X dan Sinar y Dengan Materi
Kehilangan energi dari sinar-X dan sinar y pada saat melewati suatu materi (zat) terjadi
karena tiga proses utama, yaitu:
a.
efek Fotolistrik,
b.
efek Compton,
c.
efek Produksi Pasangan.
Efek fotolistrik dan efek Compton timbul karena interaski antara Sinar-X atau sinar 
dengan elektron-elektron dalam atom dari materi (zat) itu, sedang efek produksi pasangan
timbul karena interaksi dengan medan listrik inti atom.
Apabila I0 adalah intensitas sinar-X atau sinar  yang datang pada suatu
permukaan materi (zat), dan Ix adalah intensiats sinar-X atau sinar  yang berhasil
menembus lapisan setebal x materi tersebut, maka akan terjadi pengurangan intensitas.
Hubungan antara I0 dengan Ix adalah sebagai berikut,
Ix= Io e-x
dengan  sebagai koefisien absorpsi linier.
Oleh karena  tidak memiliki satuan, maka jika x dinyatakan dalam cm haruslah 
dinyatakan dalam 1/cm atau cm-1. Seringkali lebih disukai untuk menggantikan x dengan (ρx)
dan dinyatakan dalam gram/cm2 yaitu yang menyatakan massa dari lapisan tebal x dengan
penampang 1 cm2. Sedangkan . digantikan menjadi (/ρ) dan dinyatakan dalam cm2/gram
dan disebut koefisien absorpsi massa.
Universitas Gadjah Mada
20
Rumus di atas banyak digunakan dalam perhitungan perencanaan pelindung radiasi.
Apabila tebal x dipilih sedemikian rupa sehingga IX = 1/2 Io, maka x = x1/2 dan disebut tebal
lapisan separo harga atau half value layer (HVL).
Hal ini berarti juga apabila x = 2 x1/2 maka,
IX = 1/2 (I0/2) = I0/A
Apabila x = 3 x1/2, maka I0= Ix / 8, dan seterusnya.
Mengingat penyerapan energi sinar-X dan sinar  ditentukan oleh tiga proses utama,
yakni fotolistrik, efek Compton dan efek produksi pasangan, maka koefisien linier  juga
ditentukan oleh ketiga proses tersebut, sehingga dituliskan,
t = n + c + p
dengan t adalah koefisien absorpsi total, sedangkan n , c dan p masing-masing adalah
koefisien absorpsi yang disebabkan oleh efek fotolistrik, efek Compton, dan efek produksi
pasangan.
Dalam uraian berikut ini akan dijelaskan ketiga proses utama penyerapan energi
radiasi sinar-X dan sinar  oleh materi (zat) yang dilaluinya.
a.
Efek Fotolistrik.
Pada efek fotolistrik (Gambar I.7a.), energi foton diserap oleh atom, yaitu oleh elektron,
sehingga elektron tersebut dilepaskan dari ikatannya dengan atom. Elektron yang dilepaskan
oleh efek fotolistrik disebut fotoelektron. Proses efek fotolistrik terutama terjadi pada foton
yang berenergi rendah yaitu antara energi 0,01 MeV hingga 0,5 MeV. Bila energinya kecil,
hamburan Compton.
b.
Hamburan Compton.
Pada efek Compton (Gambar I.7b.) foton dengan energi hv1 berinteraksi dengan
elektron terluar dari atom, selanjutnya foton dengan energi hv1 dihamburkan dengan elektron
tersebut dilepaskan dari ikatannya dengan atom dan bergerak dengan energi kinetik tertentu.
Berdasarkan energi foton yang dihamburkan E, terhadap energi foton mula-mula
E, adalah,
E = E/ 1 - 1,96 E (1 - cos θ)
Universitas Gadjah Mada
21
Gambar I.7.a. Efek Fotolistrik
Universitas Gadjah Mada
22
Gambar I.7.b. Efek Compton
c.
Efek Produksi Pasangan
Proses produksi pasangan (Gambar I.7c.) hanya terjadi bila energi datang 1,02 MeV.
Apabila foton semacam ini mengenai inti atom berat, foton tersebut lenyap dan sebagai
gantinya timbul sepasang elektron-elektron. Positron adalah partikel yang massanya sama
dengan elektron dan bermuatan listrik positif yang besarnya juga sama dengan muatan
elektron. Proses ini memenuhi hukum kekekalan energi,
hv1 = (2 moc2) + (K+) + (K-)
dengan K+ adalah energi kinetik posiotron, dan K- sebagai energi kinetik elektron.
Oleh karena proses ini hanya bisa beringsung bilamana energi foton yang datang
minimal
2 moc2 (1,02 MeV), dan mo adalah massa diam elektron dan C adalah kecepatan
cahaya.
Gambar I.7c. Proses produksi pasangan
Universitas Gadjah Mada
23
Berkaitan dengan uraian ini maka nilai atau besaran koefisien absorpsi linier akan
bergantung
pada
energi
foton
yang
datang,
disamping
bergantung
pada
jenis
media/materi/zat yang dilaluinya.
Pada Gambar 1.8. diperlihatkan salah satu contoh kurve hubungan antara koefisien
absorpsi linier dari timah hitam dalam hubungannya dengan energi foton sinar-X atau sinar .
Pada gambar tersebut terlihat bahwa di dalam timah hitam untuk foton dengan energi kurang
dari 1,02 MeV, koefisien absorpsi linier total hanya ditentukan oleh proses fotolistrik dan efek
Compton dan pada energi sangat tinggi (di atas 10 MeV) hanya ditentukan oleh proses
produksi pasangan.
Gambar 1.8. Koefisien absorpsi total foton di dalam timah hitam
d.
Emisi Sekunder.
Emisi sekunder dapat juga terjadi pada efek fotolistrik.
Pertama, karena energinya besar, elektron yang dilepaskan adalah elektron dari orbit
yang lebih dalam pada unsur bernomor atom besar, maka lowongan elektron ini akan diisi
elektron dari orbit yang lebih luar. Apabila pelepasan elektron terjadi pada orbit K, maka
transisi ini akan disertai dengan emisi foton dengan berbagai karakteristik berupa sinar-X
karakteristik yang dikenal dengan 'radiasi fluoresensi'.
Kedua, kadang-kadang foton ini menumbuk elektron dari orbit yang lebih luar dari atom
dan melepaskan elektron ini. Elektron tersebut memiliki energi kinetik yang sama dengan
energi sinar-X karakteristik dikurangi dengan energi ikat elektron tersebut orbitnya dan
disebut elektron Auger.
Universitas Gadjah Mada
24
Gambar 1.9. Proses terjadinya Elektron Auger
3.
Interaksi radiasi Neutron dengan Bahan.
Oleh karena neutron tidak bermuatan, maka interaksinya dengan elektron-elektron
dalam atom dapat diabaikan. Kehilangan energi neutron yang melalui suatu bahan terutama
disebabkan oleh tumbukan elastik, tumbukan inelastik dan transmutasi. Oleh karena itu
tumbukan inelastik tidak begitu memegang peran (kecuali pada neutron yang tinggi dan
bahan yang memeiliki Z tinggi), maka tumbukan elastik dianggap sering dijimpai.
Energi neutron setelah mengalami tumbukan elastik adalah,
E = {Eo(MA2 + 2 MA cos Q + 1)} : {(MA + 1)2}
dengan Eo adalah energi neutron datang, maka MA adalah massa inti bahan dan
Q = 180°(tumbukan sentral). Sedang untuk Q tertentu, kehilangan energi menjadi besar
apabila MA kecil. Jadi bahan pelindung radiasi neutron yang baik terdiri dari zat yang
mengandung banyak tumbukan menjadi dengan proton (Ma = 1), maka,
E = 1/2 Eo (1 + cos Q)
°
dan apabila Q = 180 maka E = 0. Jadi seluruh energi neutron diberikan pada proton
tersebut.
B.2. Latihan
Untuk latihan ada yang dikerjakan di rumah, ada yang secara bersama-sama
dikerjakan di dalam acara tatap muka. Umpan balik dilakukan dengan cara diskusi pada saat
acara tatap muka, atau dengan cara menempel hasil dan komentar-komentar di papan
pengumuman.
Soal-soal untuk latihan antara lain sebagai berikut.
1.
Sebutkan macam dan sifat radiasi yang dipancarkan oleh inti radioaktif.
2.
Sebutkan sifat perbedaan dan kemiripan partikel beta dan positron.
3.
Tulis persamaan yang setara untuk reaksi peluruhan nuklir di bawah ini,
a.
Emisi alfa oleh 5B11
Universitas Gadjah Mada
25
4.
5.
b.
Emisi beta oleh 38Sr98
c.
Absorpsi neutron oleh 47Ag107
d.
Emisi neutron oleh 35Br88
e.
Absorpsi elektron oleh 51Sb116
f.
Emisi positron oleh 33As70
g.
Emisi proton oleh 19K41
Tentukan X dari perisitiwa berikut ini,
a.
48Cd
104

47Ag
104
+X
a.
86Rn
220

116
84Po
+X
b.
20Ca
47

21SC
47
+X
Cobalt-60 mempunyai waktu paro 5,26 tahun; jika 1 Ci Co-60 meluruh, berapa
aktivitas Co-60 yang sisa setelah,
6.
a.
Satu waktu paro
b.
Tiga waktu paro
c.
Lima waktu paro
Tetapan laju untuk peluruhan Ca-45 adalah 4,23 x 10-3 hari-1, hitung waktu
paronya.
7.
8.
Jelaskan satuan berikut ini:
a.
becquerel,
b.
curie,
c.
keaktifan jenis.
Apa arti penting dari pita kestabilan. Proses apa yang terjadi pada nuklida yang
mempunyai perbandingan N/Z di atas pita kestabilan?
9.
Hitung berapa persen cuplikan Co-60 yang tinggal setelah 3 tahun, jika waktu
paro Co-60 adalah 5,26 tahun.
10.
Waktu paro C-14 adalah 5730 tahun, dan dalam materi hidup laju peluruhannya
15 disintegrasi per menit gram. Suatu benda kayu dari zaman purba mempunyai
laju peluruhan 1.875 disintegrasi per menit gram. Berapakah umur benda
purbakala ini?
B.3. Rangkuman
Universitas Gadjah Mada
26
1.
Dasar fisika radiasi merupakan salah ilmu pengetahuan di bidang nuklir yang
banyak dipakai untuk menerapkan teknologi nuklir yang dewasa ini semakin
berkembang maju.
2.
Pada awal mempelajari Proteksi Radiasi dan Keselamatan Kerja tidak akan lepas
selalu menggunakan dasar-dasar fisika radiasi sebagai modal utama agar
pengetahuan tersebut berkembang terus.
3.
Dengan mempelajari dasar-dasar fisika radiasi, seorang mahasiswa (khususnya
mahasiswa Program Studi Teknik Nuklir), harus tahu betul kapan dapat
diterapkan konsep dasar fisika radiasi, dan kapan mau tidak mau harus
digunakan konsep dasar fisika radiasi dalam penerapan teknologi nuklir.
C.
PENUTUP
Bagian penutup terdiri dari 3 bagian utama, yaitu tes formatif, umpan balik, dan kunci
jawaban tes formatif.
C.1. Tes Formatif
Berikut diberikan contoh tes formatif untuk materi Dasar Fisika Radiasi.
Petunjuk : Untuk soal nomor 1 sampai dengan 5, pilihlah satu jawaban yang paling tepat.
1.
Nuklida-nalclida Si30, P31, dan S32, merupakan nuklida-nuklida yang bersifa
sebagai,
A. isobar
C. isoton
B. isomer
2.
3.
4.
Dalam peristiwa Ra
D. isotop
226
 Rn
222
+ X, dikatakan Ra226 sebagai emiter,
A. alfa
C. beta negatron
B. foton gamma
D. beta positron
Notasi dalam tanda kurung pada reaksi nuklir N14 ( ..., ...)O17 adalah,
A. (neutron, alfa)
C. (alfa, neutron)
B. (proton, alfa)
D. (alfa, proton)
Suatu deret radionuklida yang mempunyai nuklida anak stabil Bi209 adalah ,
A. deret aktinium
C. deret torium
Universitas Gadjah Mada
27
B. deret neptunium
5.
D. deret uranium
Pada Conference General des Poids et Mesures ke-15 telah dibuat satuan baru
untuk aktivitas radionuklida, ialah becquerel (Bq). Dalam hal ini. 1 Bq setara
dengan,
A. 3,7 x 1010 Ci
C. 2,703x 1011 Ci
B. 3,7 x 10-10 Ci
D. 2,703 x 10-11 Ci
Petunjuk: Untuk soal nomor 6 sampai dengan 10, jawablah dengan ringkas dan tepat.
6.
Salah satu cara untuk menerangkan kestabilan inti adalah berdasarkan angka
banding proton-neutronnya. Bicarakan hal ini.
7.
Jika umur paro Bi210 adalah 5,0 hari, maka tentukan tetapan peluruhannya.
8.
Suatu nuklida radioaktif mempunyai waktu paro 50 menit. Suitu cuplikan aktivitas
640 Bq meluruh selama 100 menit. Berapa Bq cuplikan yang tinggal.
9.
Unsur fransium merupakan pemancar partikel beta sesuai dengan persamaan,
87Fr
223
 88Ra223 + e-
Waktu paronya 21 menit. Jika mula-mula ada 0,160 g fransium, maka setelah
105 menit jumlah radium yang dihasilkan ada berapa gram.
10. Dengan anggapan bahwa Bumi dan uranium alam mula-mula terjadi pada waktu
yang sama, maka tentukan umur Bumi dengan hukum peluruhan, dengan
ketentuan, uranium alam terdiri dari U238 dan U235 berkomposisi:
U238 = 99,3 %, dengan t1/2 = 4,49 x 109 tahun
U235 = 0,7 %, dengan t1/2 = 7,13 x 108 tahun.
Universitas Gadjah Mada
28
C.2. Umpan Batik
Umpan balik di sini, adalah umpan balik hasil belajar mahasiswa; seberapa jauh
mahasiswa telah dapat menyerap materi kuliah (Dasar Fisika Radiasi) yang telah diberikan
oleh pengampu (dosen). Tes formatif diberikan untuk mernperkirakan keberhasilan
mahasiswa dalam menyerap materi kuliah (Dasar Fisika Radiasi) yang telah diterimanya.
Keberhasilan mahasiswa menyerap materi kuliah dilihat dari hasil/nilai tes formatif.
Untuk dapat menyelesaikan tes formatif dengan baik, selain mahasiswa mengikuti kuliah,
mereka juga harus telah menyelesaikan soal-soal latihan dan mengerjakan tugas-tugas yang
diberikan, termasuk membaca/mempelajari bahan acuan yang diwajibkan.
Hasil tes formatif ini sebaiknya juga dimanfaatkan oleh dosen, untuk meninjau ulang
bagaimana jalannya proses belajar-mengajar selama ini.
C.3. Kunci Tes Formatif
Berdasar hasil formatif, dosen maupun mahasiswa dapat menentukan langkah
selanjutnya atau tindakan yang perlu dikerjakan (mengulang kembali, menambah latihan,
membaca bahan acuan lebih cermat, atau melanjutkan ke materi berikutnya). Untuk
menentukan langkah tersebut diadakan diskusi antara mahasiswa dan dosen yang
bersangkutan.
Kunci tes formatif ini memberikan kata-kata kunci jawaban tes formatif, sedangkan
jawaban secara lengkap supaya disusun sendiri oleh mahasiswa.
Kunci tes formatif 1. C; 2. A; 3. D; 4, B; 5. A; 6. Ingat pita kestabilan, dan ratio ciari N/Z;
7. Ingat hubungan waktu paro dengan tetapan peluruhannya; 8. Ingat hubungan aktivitas
sekarang dengan mula-mula, memperhatikan hubungan waktu paro dengan tetapan
peluruhan, dan tentukan sisa yang masih ada sesuai waktunya; 9. Setelah memperhatikan
mekanisme reaksi yang ada, kemudian dicari hubungan aktivitas sekarang dengan yang
semula, sehingga nuklida yang terbentuk dapat dihitung, 10. Dengan menggunakan ratio
antara U238 dan U235 yang ada, dan setelah memperhatikan waktu paro yang dimilikinya,
maka dapat dihitung umur Bumi.
Universitas Gadjah Mada
29