Dasar Fisika Radiasi

Pusat Pendidikan dan Pelatihan
Badan Tenaga Nuklir Nasional
1
Pokok Bahasan

STRUKTUR ATOM DAN INTI ATOM



A.
B.
Struktur Atom
Inti Atom
PELURUHAN RADIOAKTIF





A.
B.
C.
D.
E.
Jenis Peluruhan
Aktivitas Radiasi
Waktu Paro
Aktivitas Jenis
Skema Peluruhan
2
Pokok Bahasan (lanjutan)

INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI





A.
B.
C.
D.
Interaksi Partikel Alpha
Interaksi Partikel Beta
Interaksi Sinar Gamma dan Sinar-X
Interaksi Radiasi Neutron
SUMBER RADIASI


A.
B.
Sumber Radiasi Alam
Sumber Radiasi Buatan
3
Tujuan Instruksional
Umum:
setelah mengikuti pelajaran ini, setiap peserta
diharapkan dapat menguraikan proses
terjadinya radiasi, proses peluruhan inti atom,
interaksi radiasi dengan materi serta prinsip
dari beberapa sumber radiasi buatan
4
Tujuan Instruksional
Khusus:
1. menggambarkan struktur atom berdasarkan model
atom Bohr;
2. menguraikan proses transisi elektron;
3. membedakan isotop, isobar, isoton, dan isomer;
4. menentukan kestabilan inti atom berdasarkan tabel
nuklida;
5. menyebutkan tiga jenis peluruhan radioaktif dan
sifat radiasi yang dipancarkannya;
6. menghitung aktivitas suatu bahan radioaktif
menggunakan konsep waktu paro;
5
Tujuan Instruksional (lanjutan)
7. menguraikan proses interaksi radiasi
alpha dan beta bila mengenai materi;
8. menguraikan proses interaksi radiasi
gamma dan sinar-X bila mengenai
materi;
9. menguraikan proses interaksi radiasi
neutron bila mengenai materi;
10. membedakan sumber radiasi alam
dan buatan.
6
7
suatu cara perambatan energi dari
suatu sumber ke lingkungannya, tanpa
membutuhkan medium apapun.
8
9
10
Elektron
elementer
Proton
elementer
Neutron
9,1 10–31 kg 
– 1,6 10–19 C 
0 sma
– 1 muatan
1,6 10–27 kg 
1 sma
1,6 10–19 C  + 1 muatan
1,6 10–27 kg 
netral

1 sma
0
11
12
13
14
Terdiri atas sejumlah proton
dan sejumlah neutron
X : Lambang atom
Z : Nomor atom (jumlah proton)
A : Nomor massa (jumlah
proton + jumlah neutron)
15
2 He
27 Co
4
Jenis Unsur : Helium
Jumlah proton ( Z ) = 2
Jumlah neutron ( N ) = 2
59
Jenis Unsur : Cobalt
Jumlah proton ( Z ) = 27
Jumlah neutron ( N ) = 32
16
Isotop : nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah proton
(Z) sama tetapi jumlah neutron berbeda
Isobar : nuklida-nuklida yang mempunyai massa (A) sama
tetapi jumlah proton (Z) berbeda
Isoton : nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah neutron
(N) sama tetapi jumlah proton berbeda
Isomer : nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah proton
dan jumlah neutron sama tetapi tingkat energinya
berbeda
17
ditentukan oleh komposisi jumlah
proton dan jumlah neutron
Secara umum:
• Inti ringan  N = Z
• Inti berat  N = 1½ . Z
Secara tepat : Lihat tabel nuklida
18
19
diarsir hitam berarti
nuklida stabil
20
21
nuklida tidak stabil
(radionuklida)
memancarkan radiasi alpha
(), beta () atau gamma ()
22
23
Perubahan nuklida tidak stabil menjadi lebih
stabil dengan memancarkan partikel alpha yang
identik dengan inti atom Helium

muatan
massa
Contoh:
230
Th
90

:
:
4
He
2
+ 2 muatan elementer
4 sma

226 + 
Ra
88
24
25
26
Perubahan nuklida tidak stabil menjadi lebih
stabil dengan memancarkan partikel beta.
0
+ 
e
+1
0
– 
e
-1
muatan
massa
Contoh:
:
:
+ atau – 1 muatan elementer
0
11
4Be

11
5B
+ –
10
6C

10
5B
+ +
27
28
29
Perubahan nuklida tidak stabil menjadi lebih
stabil dengan memancarkan radiasi gamma yang
merupakan gelombang elektromagnetik.
Muatan 
:
0
massa 
:
0
Contoh:
137*
Ba
56

137 + 
Ba
56
30
Jumlah peluruhan per satuan waktu
menunjukkan jumlah radionuklida yang tidak stabil
berubah menjadi nuklida stabil dalam satu detik
Satuan:
• Currie (Ci)
• Bequerrel (Bq)
satuan lama
satuan baru (SI)
1 Ci = 3,7 1010 Bq atau
1 Ci = 3,7 104 Bq = 37.000 Bq
1 Bq = 1 peluruhan per detik
31
Merupakan fungsi waktu, semakin lama
aktivitas radiasi akan semakin berkurang
A  A0 e
– t
32
Waktu yang dibutuhkan suatu radionuklida untuk
meluruh separo dari aktivitas awalnya
T½ 
0,693

33
Selang
Waktu
Aktivitas
0
1 x T½
2 x T½
3 x T½
4 x T½
5 x T½
6 x T½
Ao
0,5 x Ao
0,25 x Ao
0,125 x Ao
0,0625 x Ao
0,03125 x Ao
0,0156 x Ao
A 
n

 2
1
n
 A0
selang waktu
T½
dst
34
Suatu radionuklida mempunyai konstanta peluruhan (  )
0,3465 per tahun. Bila aktivitasnya pada 1 Juni 1995 adalah
200 Bq, berapakah aktivitasnya pada 1 Juni 1999 ?
Waktu paruh radionuklida ( T½) = 0,693/0,3465 = 2 tahun
Selang waktu peluruhan = 4 tahun atau dua kali waktu
paruh (n = 2).
Dengan menggunakan tabel ataupun rumus maka
aktivitasnya adalah = ¼ x 200 Bq = 50 Bq.
35
36
Materi
Radiasi
37
 Radiasi Partikel Bermuatan:
alpha; beta; proton; elektron.
 Radiasi Partikel tidak Bermuatan:
neutron.
 Radiasi Gelombang Elektromagnetik:
sinar-X dan sinar Gamma.
38
Alpha
1. Ionisasi
2. Eksitasi
3. Reaksi Inti
Elektron
1. Ionisasi
2. Eksitasi
3. Brehmsstrahlung
39
40
41
9
Be
4
+α
12
C
6
+n
42
F = 3,5 x 10-4 . Z . Emax
43

Tumbukan Elastik
 Tumbukan tidak Elastik
 Reaksi Inti
 Reaksi Fisi
44
Tumbukan Elastis
45
Tumbukan Tak Elastis
46
Reaksi Inti
47
Reaksi Fisi
235
U
+ nt  Y1 + Y2 + (2-3)n + Q
235 + n 
140 +
94 + 2 n1 +
U
Xe
Sr
t
92
54
38
0
Q
48

Efek Foto Listrik
 Efek Compton
 Produksi Pasangan
49
50
51
52
Jenis Radiasi
Daya Ionisasi
Daya Tembus
Alpha
Besar
Rendah
Beta
Sedang
Sedang
Gamma
Kecil
Sangat Besar
Sinar - X
Kecil
Besar
53
I  I e
0
–μx
I  B.I 0 e
–μ x
54
Alam:
Sumber
Radiasi
Radiasi Kosmik
Radiasi Terestrial
Radiasi Internal
Buatan:
Zat Radioaktif
Pswt Pembangkit Radiasi
Reaktor
55
Sumber Radiasi
Alam:
Buatan:
1. Rad Kosmik:
- β, γ
2. Rad Terestrial:
- α, β, γ
3. Rad Internal:
- α, β, γ
1. Zat Radiaktif:
- α, β, γ, n
2. Pesawat Pembangkit Rad:
- β, sinar-X, n, p
3. Reaktor Nuklir:
- n, α, β, γ
56
RANGKUMAN

Transisi elektron dari lintasan lebih luar ke lintasan
lebih dalam memancarkan radiasi sinar-X
karakteristik.

Transisi elektron dari lintasan yang lebih dalam ke
lintasan yang lebih luar, membutuhkan energi
eksternal.

Isotop adalah inti-inti atom bernomor atom sama
tetapi nomor massa berbeda.
57

Peluruhan radioaktif:
• perubahan inti atom tidak stabil menjadi
stabil.
• Inti atom yang tidak stabil disebut
radionuklida atau radioisotop.

Tiga jenis peluruhan spontan:
• peluruhan alpha,
• peluruhan beta,
• peluruhan gamma.
58
 Radionuklida
meluruh mengikuti persamaan:
A = A0 e-λt
 Waktu
paro: waktu yang diperlukan sehingga
jumlah inti atom yang tidak stabil (atau
aktivitas) berkurang menjadi separuhnya.
 Jenis
radiasi;
α : radiasi pengion kuat,
β : radiasi pengion sedang,
Gamma dan sinar-X : radiasi pengion lemah.
59
 Ionisasi:
proses terlepasnya elektron dari atom
sehingga terbentuk pasangan ion.
 Radiasi
pengion: radiasi yang dapat
menyebabkan proses ionisasi, baik secara
langsung (radiasi α dan β) maupun secara
tidak langsung (radiasi gamma dan neutron).
 Efek
fotolistrik: peristiwa terlepasnya elektron
dari orbitnya ketika atom menyerap seluruh
energi foton yang mengenainya.
60
 Efek
Compton: peristiwa terlepasnya elektron
dari orbitnya ketika atom menyerap sebagian
energi foton yang mengenainya dan
menghamburkan sebagian energi lainnya.
 Produksi
pasangan: terbentuknya pasangan
elektron dan positron ketika energi foton
diserap seluruhnya oleh pengaruh medan inti
atom.
61
 Atenuasi
foton:
I = I0 e-μx
I = B.I0 e-μx
 Interaksi
neutron: proses tumbukan elastik,
tak elastik, reaksi inti (penangkapan neutron),
dan reaksi fisi.
62
63