radioaktif

RADIOAKTIF
Oleh
Arif Yachya, M.Si
Sub bab :
Radioaktivitas
Tipe Radiasi
Peluruhan Radioaktif
Efek negatif & positif Radiasi
I. Radioaktivitas
•
•
•
•
•
•
Atom-atom dengan nomor atom sama & nomor massa berbeda
 Isotop
Isotop suatu unsur berjumlah sampai 20
Bila jumlah proton & Nneutron sama  isotop stabil
A
Nomor massa (A) = n P + n N
Z
Nomor atom (Z) Menunjukkan
n P atau n e-
Pada unsur-unsur dg nomor atom yang besar  seringkali rasio
proton dg n eutron bernilai lebih dari 1  isotop-isotopnya tidak
stabil
Isotop-isotop yang tidak stabil  radioisotop
Radioisotop terdapat di alam : uranium, plutonium, thorium &
radium
•
misalnya neutron dapat memancarkan elektron (yang disebut
negatron) untuk menjadi proton. sebaliknya proton dapat
menjadi neutron dengan memancarkan positron
•
Positron mempunyai massa yg sama dengan elektron tetapi
bermuatan positif
•
Kedua Proses tersebut akan mengubah rasio No atom dg No
massa, contoh
negatron
positron
Lambang partikel "beta"  digunakan untuk positron (ß-+), atau
negatron (ß- ),
Partikel
sub atom
no atom no massa
muatan
Proton (p)
1
1
1
elektron (e)
-1
0
-1
neutron (n)
0
1
0
deutron (H)
1
2
1
triton (T)
1
3
1
Positron (β)
1
0
1
negatron (β)
-1
0
-1
Peluruhan Radioaktif (Radioaktifitas)
Atom stabil berbeda dg atom tdk stabil karena mempunyai kelebihan
energi, massa atau memiliki keduanya.
Bila inti dalam kondisi tidak stabil karena suatu sebab, maka inti
bersifat radioaktif, yaitu membebaskan partikel atau-dan radiasi
elektromagnetig untuk mencapai kestabilan.
Energi (emisi) yang dipancarkan disebut  radiasi
Radiasi  suatu emisi (pancaran) dan perambatan energi melalui materi
atau ruang dalam bentuk gelombang elektromagnetik dan atau partikel
• Peluruhan radioaktif  memancarkan partikel alfa (42α ) , beta,
sinar gamma (γ ray), atau sinar x
• Seringkali radioisotop  hasil rekayasa manusia
• Misal : Peluruhan pertama radium (Ra) menghasilkan Radon (Rn)
yg masih bersifat radioaktif  meluruh lagi sampai stabil
• Emisi sinar gamma (γ ray) dan x adalah gelombang
elektromagnetig bukan partikel subatomik  shg tidak merubah
no atom
• Sinar gamma dan X merupakan GEM dengan panjang gelombang
(λ) pendek, berfrekuensi tinggi & sangat berbahaya
II. Tipe Radiasi
Radiasi dikelompokkan menjadi :
1. Radiasi ionisasi
2. Radiasi non-ionisasi
Perbedaan Radiasi ionisasi dengan Radiasi non-ionisasi
Ad 1). Radiasi ionisasi
– GEM berenergi tinggi
– (gamma) atau partikel berat (beta dan alfa).
– Mempunyai cukup energi untuk
mendorong/mengeluarkan elektron dari orbit
Ad 2). Radiasi Non-ionisasi
– GEM berenergi rendah
– Gelombang radio
– Tidak Mempunyai cukup energi untuk
mendorong/mengeluarkan elektron dari orbit
II.1. Radiasi terionisasi
Definisi
“ Tipe radiasi yang mampu mengganggu/mengubah atom dari kondisi stabil
menjadi tidak stabil (terionisasi) ketika dilewatinya
Tipe Radiasi terionisasi
1.
2.
3.
4.
5.
partikel Alfa (42α )
partikel Beta : negatron (ß- ), dan positron (ß-+),
Sinar Gamma ( γ )
Sinar X-Rays
Daya tembus : alfa < beta < gamma
Neutron
Tipe dan Karakteristik Radiasi terionisasi
Partikel alfa :
2 neutron & 2 proton (42α )
Mempunyai massa yang besar, (berat)  daya tembus sangat kecil
(di udara sejauh 4 cm). Tidak mampu menembus benda
padat/kertas.Digunakan sebagai radioterapi.
Hanya berbahaya bila terhirup
Partikel Beta:
Elektron atau positron
Bermassa kecil & energinya tidak stabil.
Sinar Gamma ( foton) : dihasilkan setelah inti atom melepaskan
partikel alfa, beta atau positron. merupakan radiasi gelombang
elektromagnetik dengan energi sangat tinggi sehingga memiliki daya
tembus yang sangat kuat.
Sinar gamma bukanlah partikel sehingga tidak memiliki nomor atom
(A=0) maka dalam peluruhan sinar-γ tidak dihasilkan inti atom baru
Contoh
60m
27Co
 27Co60 + 
Sinar X (foton): dipancarkan ketika terjadi perpindahan atau
penyusunan ulang elektron di dalam orbital
Neutron : mempunyai massa yang sama dengan proton & tidak
bermuatan. Massa neutron sedikit lebih besar dari massa proton plus
elektron (neutron meluruh menjadi proton dan elektron)
Neutron dipancarkan pada nuklida yang memiliki kelebihan neutron
relatif terhadap inti yang stabil.
Contoh:
87 
86 + n1
36Kr
36Kr
0
Foton

Foton yang dipancarkan
dalam berkas koheren
laser



Partikel elementer dalam fenomena
elektromagnetik yang dianggap
membawa radiasi elektromagnetik,
seperti cahaya, gelombang radio,
dan Sinar-X.
Foton berbeda dengan partikel
elementer lain seperti elektron dan
quark, karena ia tidak bermassa
Dalam ruang vakum foton selalu bergerak dengan kecepatan
cahaya,.
Foton memiliki 2 sifat : sifat gelombang & partikel ("dualisme
gelombang-partikel").
II.2. Radiasi non-terionisasi
Merupakan GEM yang tidak mampu menghasilkan ion ketika
melewati suatu materi, karena energinya yg rendah”
Seluruh permukaan bumi memancarkan radiasi. Matahari
Matahari memancarkan radiasi berupa sinar infra merah berenergi
tinggi, cahaya tampak, & sinar ultraviolet yang semuanya disebut
sebagai radiasi gelombang pendek (short wafe radiation = SW)
Bumi memancarkan radiasi berupa sinar infra merah berenergi rendah
yang disebut dengan radiasi gelombang panjang (long-wave radiation =
LW)
Radiasi Matahari di bumi
Sumber Radiasi non-terionisasi
Cahaya nampak
microwave
Radio
Monitor / TV
Sinar inframerah untuk terapi kesehatan
Lasers
Sumber radiasi dari alam
Sumber radiasi dari aktivitas/benda
buatan manusia
III. Peluruhan Radioaktif
Peluruhan Radioaktif
Peluruhan inti tidak stabil terjadi secara acak
Laju peluruhan sejumlah inti sebanding dengan jumlah inti
N = Ni e-kt
N adalah jumlah inti yang tersisa
Ni adalah jumlah inti awal pada saat t =0
k adalah tetapan peluruhan
t adalah lama penyimpanan
berhubungan k dengan waktu paruh (t ½)
t½
=
Ln2
0,6931
------ = ----------k
k
N
1
------ = ------Ni
2
t / t1/2
Waktu paruh  waktu yang
diperlukan inti dalam sampel
untuk meluruh menjadi setengah
dari jumlah asalnya
Waktu paruh bervariatif  10-21 detik
sampai 1024 tahun
Aktivitas radioaktif
adalah laju pelepasan/peluruhan inti persatuan waktu
Laju peluruhan (cacah peluruhan per satuan waktu) unsur radioaktif konstan
dN
Aktivitas (A) = -- ------ = kN = Ai
dt
e-kt
Bila A dan k diketahui, maka jumlah inti N pada waktu tertentu dapat
dihitung
A
A. t1/2
A. t1/2
N = ------ = ---------- = ---------k
ln 2
0,6931
Satuan SI untuk aktivitas (A)  Bq (becquerel)
1 Bq adalah 1 pelepasan radioaktif per detik
Satuan lainnya adalah Curie (Ci), semula didasarkan pada laju disintegrasi 1
gram radium, tetapi sekarang didefinisikan sebagai 3,7 x 1010 disintegrasi per
detik
1 Rad  banyaknya radiasi yg memberikan 10-2 J energi per kg jaringan
• Satu rad adalah jumlah energi radiasi yang diserap 100 erg per
gram bahan.
• Dalam SI satuan dosis adalah Gray (Gy) yang didefinisikan sebagai
1 JKg-1.
1 Gy = 100 rad.
Contoh soal
1. Waktu paruh Bi adalah 5 hari. Jika mula-mula di simpan beratnya adalah
40 gram, maka setelah disimpan 15 hari beratnya berkurang sebanyak?
Jawab:
Nt/N0 = (1/2)t/t1/2
Nt/40 = (1/2)15/5
Nt
= 1/8 x 40
Nt
= 5 gram
Jadi berkurang sebanyak 35 gram
2. Suatu radioisotop X meluruh sebanyak 87,5% setelah disimpan selama
30 hari. Waktu paro radioisotop X adalah?
Jawab;
Nt = 100-87,5 = 12,5%
12,5/100 = (½) 30/x
1/8 = (1/2) 30/x
X = 10 hari
IV. Efek negatif & positif Radiasi
Efek negatif Radiasi
• Radiasi menimbulkan efek buruk & menguntungkan bagi manusia
• Semua radiasi menimbulkan kerusakan yang sebanding dengan
banyaknya energi (jumlah partikel atau foton) yang dipaparkan dan
terserap pada sel & jaringan.
• Kerusakan yang terjadi berupa : perubahan kimia molekul penyusun
sel  terjadi perubahan fungsi  pertumbuhan sel tidak normal/tak
terkendali  mati
Misal :
Partikel alfa, memiliki daya tembus/energi kinetik di udara sampai 10
cm. Pada jaringan atau air sebesar 0,05 cm. akan tetapi
menghasilkan ionisasi hebat dalam jejaknya sampai partikel ini
menerima e untuk menetralkannya menjadi atom He yang tidak
berbahaya
• Efek radiasi terhadap sel & jaringan tergantung pada besarnya
radiasi yg diserap oleh sel atau jaringan  maka satuan yang
umum digunakan adalah Rad (Radiation absorbed dose = dosis
radiasi terserap)
• 1 Rad  banyaknya radiasi yg memberikan 10-2 J energi per kg
jaringan
• Kerusakan jaringan manusia oleh radiasi ditentukan : jenis radiasi,
sifat jaringan, dosis radiasi total & tingkat radiasi  maka digunakan
satuam Rem (roentgen equivalen in man = kesetaraan rongen
pada manusia)
• Rem menunjukka ukuran dosis radiasi efektif yang diterima manusia
• 1 rem pada manusia = 1 rad radiasi beta atau gamma
• Radiasi alfa lebih beracun (1 rad alfa sebanding dg 10 rem)
• Tingkat aman pemaparan radiasi  masih didebatkan. Orang
amerika rata2 mendapat 100 mRem /tahun dari sumber alami
ataupun nuklida
• Perdebatan tersebut mengenai dosis ambang radiasi untuk
mengakibatkan perubahan sel dan adanya pendapat lain bahwa efek
radiasi bersifat kumulatif
Radiasi
Sel &
jaringan
• Mudah
mendefinisikan/menentukan
besaran radiasi yang dapat
menyebabkan kematian pada
manusia  tingkat LD 50
manusia (dosis yang
menyebabkan kematian 50%
dalam waktu 30 hari) sebesar
500 rad
•
•
Kerusakan jangka
pendek : kerusakan sel
atau jaringan yang
langsung bisa diamati
Kerusakan jangka
panjang : kerusakan
genetik yang akan
bersifat patologis 10 -20
tahun ke depan
Radiasi penginduksi kanker tidak muncul sampai 10 tahun setelah terpapar
(tumor) atau 2 tahun untuk leukemia
Waktu setelah terpapar sampai kemungkinan terbentuk kanker  periode
laten
Tugas terjemahan ditulis tangan
Efek Radiasi pada Embrio/Janin
a. Pada Embrio/janin, sel-selnya tumbuh & berkembang dengan cepat
 lebih sensitif terhadap radiasi dibanding orang dewasa
b. Efek radiasi bervariasi, tergantung dosis radiasi & tahapan
perkembangan janin
c. Efek utama berupa keguguran, kelainan janin & keterbelakangan
mental
 Tanpa terpapar radiasi, risiko terjadinya aborsi spontan 15%
 Tanpa terpapar radiasi, risiko terjadinya kelainan genetik 11%
 Tanpa terpapar radiasi, risiko terjadinya kelainan janin 3%.
Lebih dari 10 rem diperlukan untuk meningkatkan laju kelainan
 Tanpa terpapar radiasi, risiko terjadinya keterbelakangan
mental 3%
Tugas terjemahan ditulis tangan
Sensitivitas Sel
•
Sel-sel yang aktif membelah  sangat sensitif terhadap kerusakan radiasi
•
Jaringan yang sensitif terhadap radiasi : kulit, rambut, sel darah merah baru, &
mukosa usus halus
•
Jaringan yang kurang sensitif terhadap radiasi : otot, tulang, otak & jaringan ikat
•
Efek radiasi pada sel :
1. Sel mati
2. Sel masih mampu membelah, tetapi anakan sel mati
3. Sel mampu membelah menghasilkan anakan sel abnormal
4. Sel mampu memperbaiki kerusakannya & kembali normal
Tugas terjemahan ditulis tangan
Efek Radiasi pada Gen
• Mutasi genetik berupa kesalahan dalam perbaikan kromosom di
sel telur (ovum) atau sperma
• Ovarium dapat memperbaiki kerusakan ringan akibat radiasi
• Efek mutasi genetis mungkin muncul pada generasi selanjutnya
• Mutasi genetik akibat radiasi telah dibuktikan pada hewan coba
dengan dosis radiasi yang tinggi (>25 rem).
• Mutasi genetik akibat radiasi pada manusia belum dijumpai atau
dilaporkan
Tugas terjemahan ditulis tangan
Kerusakan kromosom
akibat Radiasi
• Kerusakan langsung
– Radiasi menyebabkan Molekul air terionisasi &
terurai menjadi OH & H yang bersifat radikal
bebas
– Ion OH yang bersifat radikal bebas sangat
reaktif  dapat bereaksi dengan DNA
– 75 % radiasi menyebabkan kerusakan DNA yang
diakibatkan oleh ion OH sebagai radikal bebas
Tugas terjemahan ditulis tangan
Kerusakan kromosom
Pembentukan cincin dan fragmen
diikuti oleh replikasi kromosom.
Tugas terjemahan ditulis tangan
Chromosome Damage
Pertukaran antara dua kromosom
membentuk kromosom dengan dua
sentromer dan fragmen, diikuti oleh
replikasi.
Tugas terjemahan ditulis tangan
Apa yang terjadi setelah kromosom rusak?
Sel mungkin:
• Memperbaiki kerusakan ringan & kembali normal.
• Memiliki beberapa kerusakan ringan & menjadi tidak aktif
sampai agen lain berinteraksi dengan sel yang sama.
(Jika itu adalah sel reproduksi seperti sperma atau sel telur) memiliki
kerusakan pada kode genetik yang tidak muncul sampai generasi
mendatang (anak-anak Anda, anak-anak mereka, dll).
• Memiliki beberapa kerusakan  menyebabkan sel menjadi kanker.
• Berhenti berfungsi.
• Mati.
Aplikasi Reaksi Inti dan Keradioaktifan
A. Radioaktif Sebagai Perunut
• Bidang kedokteran
• Bidang industri
• Hidrologi
• Biologis
; diagnosa
; pelumas/oli
; kecepatan arus,kebocoran pipa
; mekanisme fotosintesis
B. Radioisotop sebagai sumber Radiasi
• Bidang Kedokteran
; sterilisasi, terapi tumor/kanker
• Pertanian
; teknik jantan mandul, pemuliaan
tanaman, penyimpanan makanan
• Bidang industri ; pemeriksaan tanpa merusak, mengontrol
ketebalan bahan, pengawetan makanan
Perunut (tracer) Radioaktif
• Isotop Radioaktif dapat dibuat dengan cara menembaki atom suatu
unsur menggunakan neutron atau partikel lain.
• Proses mekanis ataupun biologis dapat dianalisis menggunakan
isotop radioaktif dengan jumlah yg kecil sebagai perunut.
• Contoh: sejumlah kecil isotop radioaktif dicampur (dilabelkan) ke
pupuk tanaman. Penyerapan pupuk oleh tanaman dg mudah dapat
diukur dengan detektor Geiger Muller.
• Isotop radioaktif juga dapat digunakan untuk merunut lokasi
kebocoran pipa yang ditanam di bawah permukaan tanah
• Sejumlah kecil isotop radioaktif dicampur dengan fluida yg dialirkan
di dalam pipa. Dengan detektor radioaktif diukur aktivitas sepanjang
pipa. Lokasi kebocoran ditandai dengan aktivitas yang paling tinggi
Latihan Soal
1.
2.
Sebuah contoh perkakas kayu menunjukkan aktivitas spesifik 14C sebesar 0,195
Bq/g. Perkirakan umur perkakas tersebut bila diketahui aktivitas spesifik awal
0,255 Bq/g ?
Peluruhan beta dari 40K yang merupakan bagian alami dari tubuhmembuat
semua manusia sedikit radioaktif. Manusia dewasa yang bobotnya 70 kg
mengandung 170 g kalium. Kelimpahan alami relatif 40K adalah 0,0118%, waktu
paruhnya 1,28. 109 tahun, partikel beta memiliki energi kinetik rata-rata 0,55
MeV. (Diketahui massa atom relatif K adalah 40 g/mol dan besarnya bilangan
avogadro adalah 6,022. 1023 mol-1)
a). Hitunglah aktivitas total K dalam orang ini
b). Tentukan (dalam rad/tahun) radiasi terserap tahunan yang muncul dari 40K
tubuhnya sendiri.
catatan: untuk menjawab No 2a. Harus dicari jumlah partikel atom 40K.
Jumlah partikel = mol x bil avogadro = (gram/AR) x bil avogadro