Unsur Radioaktif

Radioaktivitas pertama kali ditemukan pada tahun 1896 oleh ilmuwan Perancis Henri Becquerel ketika sedang bekerja dengan materialfosforen. Material semacam ini akan berpendar di tempat gelap setelah sebelumnya mendapat paparan cahaya, dan dia berfikir pendaran yang dihasilkan tabung katode oleh sinar-X mungkin berhubungan dengan fosforesensi. Karenanya ia membungkus sebuah pelat foto dengan kertas hitam dan menempatkan beragam material fosforen diatasnya. Kesemuanya tidak menunjukkan hasil sampai ketika ia menggunakan garam uranium. Terjadi bintik hitam pekat pada pelat foto ketika ia menggunakan garam uranium tesebut.

Tetapi kemudian menjadi jelas bahwa bintik hitam pada pelat bukan terjadi karena peristiwa fosforesensi, pada saat percobaan, material dijaga pada tempat yang gelap. Juga, garam uranium nonfosforen dan bahkan uranium metal dapat juga menimbulkan efek bintik hitam pada pelat.

Partikel Alfa tidak mampu menembus selembar kertas, partikel beta tidak mampu menembus pelat alumunium. Untuk menghentikan gamma diperlukan lapisan metal tebal, namun karena penyerapannya fungsi eksponensial akan ada sedikit bagian yang mungkin menembus pelat metal

Pada awalnya tampak bentuk radiasi yang baru ditemukan ini mirip dengan penemuan sinar-X. Akan tetapi, penelitian selanjutnya yang dilakukan oleh Becquerel, Marie Curie,Pierre Curie, Ernest Rutherford dan ilmuwan lainnya menemukan bahwa radiaktivitas jauh lebih rumit ketimbang sinar-X. Beragam jenis peluruhan bisa terjadi.Sebagai contoh, ditemukan bahwa medan listrik atau medan magnet dapat memecah emisi radiasi menjadi tiga sinar. Demi memudahkan penamaan, sinar-sinar tersebut diberi nama sesuai dengan alfabet yunani yakni alpha, beta, dan gamma, nama-nama tersebut masih bertahan hingga kini. Kemudian dari arah gaya elektromagnet, diketahui bahwa sinar alfa mengandung muatan positif, sinar beta bermuatan negatif, dan sinar gamma bermuatan netral. Dari besarnya arah pantulan, juga diketahui bahwa partikel alfa jauh lebih berat ketimbang partikel beta. Dengan melewatkan sinar alfa melalui membran gelas tipis dan menjebaknya dalam sebuah tabung lampu neon membuat para peneliti dapat mempelajari spektrum emisi dari gas yang dihasilkan, dan membuktikan bahwa partikel alfa kenyataannya adalah sebuah inti atom helium. Percobaan lainnya menunjukkan kemiripan antara radiasi beta dengan sinar katodeserta kemiripan radiasi gamma dengan sinar-X.

Para peneliti ini juga menemukan bahwa banyak unsur kimia lainnya yang mempunyaiisotop radioaktif. Radioaktivitas juga memandu Marie Curie untuk mengisolasi radiumdari barium; dua buah unsur yang memiliki kemiripan sehingga sulit untuk dibedakan.Bahaya radioaktivitas dari radiasi tidak serta merta diketahui. Efek akut dari radiasi pertama kali diamati oleh insinyur listrik Amerika Elihu Thomson yang secara terus menerus mengarahkan sinar-X ke jari-jarinya pada 1896. Dia menerbitkan hasil pengamatannya terkait dengan efek bakar yang dihasilkan. Bisa dikatakan ia menemukan bidang ilmu fisika medik (health physics); untungnya luka tersebut sembuh dikemudian hari.

Efek genetis radiasi baru diketahui jauh dikemudian hari. Pada tahun 1927 Hermann Joseph Muller menerbitkan penelitiannya yang menunjukkan efek genetis radiasi. Pada tahun 1947 dia mendapat penghargaan hadiah Nobel untuk penemuannya ini.Sebelum efek biologi radiasi diketahui, banyak perusahan kesehatan yang memasarkan obat paten yang mengandung bahan radioaktif; salah satunya adalah penggunaan radium pada perawatan enema. Marie Curie menentang jenis perawatan ini, ia memperingatkan efek radiasai pada tubuh manusia belum benar-benar diketahui (Curie dikemudian hari meninggal akibat Anemia Aplastik, yang hampir dipastikan akibat lamanya ia terpapar Radium).

http://id.wikipedia.org/wiki/Peluruhan_radioaktif

2.1.    Sifat-sifat sinar radioaktif

                       

NO	Keterangan	Sinar Alfa	Sinar Beta	Sinar Gamma
1	Lambang	2He4  (α)	-1e0 (β)	0γ0
2	Muatan	+2	-1	0 (foton)
3	Pengaruh Medan Magnet dan Medan Listrik (perhatikan gambar)	Dipengaruhi (dibelokkan)	Dipengaruhi (dibelokkan)	Tidak dipengaruhi (dibelokkan)
4	Massa (sma)	4	0	0
5	Daya Tembus	kecil	sedang	besar
6	Daya Ionisasi	besar	sedang	kecil

2.2.      Lintasan Sinar Radioaktif dalam medan magnet dan medan listrik

 

2.3.      Intensitas sinar radioaktif

Jika seberkas sinar radioaktif dilewatkan pada sebuah keping logam dengan ketebalan x, intensitasnya akan berkurang menjadi:

                                    I = I₀  e^-µx 

Keterangan  : I0 = Intensitas sinar radioaktif sebelum melewati keping(W/m2)

                        I   = Intensitas sinar radioaktif setelah melewati keping (W/m2)

                       X   = tebal keping (m)

                       µ   = koefisien pelemahan bahan (m-1)

Bila I = 1/2 L0 , ketebalan bahan disebut half value layer (HVL), yaitu tebal lapisan bahan yang menyebabkan intensitas sinar radioaktif menjadi setengah intensitas mula-mula.

X adalah ketebalan bahan yang menyebabkan I = 1/2 I₀ . x disebut half value layer (HVL).

2.4.      Peluruhan zat Radioaktif (Disintegrasi)

Disintegrasi inti adalah peristiwa berubahnya inti atom menjadi inti atom lain yang berlangsung dengan sendirinya.

Bila inti atom mula mula N₀ dan  meluruh dalam waktu t, banyaknya inti yang belum meluruh dinyatakan dengan persamaan :

                                                N  =  N0 e^-λt

                 N0 = Inti mula – mula                             λ = Konstanta peluruhan (s-1)

                 N   = Inti yang belum meluruh              t = lamanya meluruh (s)

                

2.5.      Defek Massa dan Energi ikat Inti

            Berdasarkan hasi percobaan, ternyata massa inti ato selalu lebih kecil dari jumlah massa proton dan neutron penyusunnya. Selisih massa penyusun inti dengan massa inti disebut defek massa.

                        Δm = Zm_p + ( A – Z ) m_n - m_inti

     Keterangan :

     Δm = defek massa (sma)                                   m_p       = massa proton (sma)

     Z     = jumlah proton                                            m_n       = massa neutron (sma)

     N    = A – Z = Jumlah neutron                          m_inti      = massa inti(sma)

2.6.      Energi Ikat Inti

            Berdasarkan teori relativitas Einstein, massa setara dengan energi sehingga besar energi ikat inti ataom adalah :

     E =Δ mc²                                       atau    E = Δm (931) MeV

            Δm      = defek massa (kg)

            C         = 3 x 10⁸ m/s

            E         = energi ikat (MeV)

2.7.      Waktu Paruh

            Waktu paruh adalah waktu yang diperlukan agar banyaknya inti yang belum berdisintegrasi tinggi setengah dari semula.        

             Keterangan : T   = waktu paruh (s)

                                 t    = lamanya meluruh / berdisintegrasi (s)

                              N0 = jumlah zat mula-mula

                               N  = jumlah zat yang belum meluruh

                               Λ  = konstanta peluruhan (s-1)

2.8.      Aktifitas Radioaktif (R)

            Aktifitas radioaktif adalah banyaknya inti yang berdisintegrasi dalam waktu 1 detik.

    

    

     Satuan aktivitas radioaktif

            1 Ci     = 3,7 x 1010 Bq

            1 Rd    = 106 Bq

1     Ci  = 3,7 x 104 Rd

2.9.      Dosis Serap (D)

            Dosis Serap adalah banyaknya energi yang diserap tiap satuan massa tertentu.

     

Keterangan  :  E = energi radiasi pengion (J)

                       m = massa yang menyerap energi radiasi (kg)

                     D   = dosis serap (Gray)

Satuan Dosis Serap

     1 rad          = 102 erg/g

     1 gray        = 1 joule/kg

     1     gray       = 102 rad

2.10.   Deret Radioaktif

            Dari berbagai jenis unsur radioaktif ini, ternyata ada 4 kelompok unsur radioaktif yang disebut deret radioaktif. Perhatikan tabel berikut :

NO	Nama Deret	Nomor Massa	Unsur Induk	Unsur Stabil	Waktu Paruh
1	Thorium	4n	90Th232	82Pb208	1,39 x 1010 th
2	Neptunium	4n+1	93Ni237	83Bi209	2,25 x 106 th
3	Uranium	4n +2	92U238	82Pb206	4,51 x 109 th
4	Actinium	4n+3	89Ac227	82Pb207	7,07 x 108 th

2.11.     Reaksi Inti

            Reaksi inti adalah reaksi yang terjadi didalam inti atom antara partikel-partikel ini dengan partikel lain seperti elektron,neutron,proton,dan lain sebagainya.

Dalam setiap reaksi inti selalu berlaku:

a.   Hukum Kekekalan Momentum

b.   Hukum Kekekalan Energi

c.   Hukum Kekekalan Nomor Atom

d.   Hukum kekekalan Nomor Massa

Pada reaksi inti terjadi perubahan didalam inti atom dan dinyatakan dengan:

                        X + p       y + q

X  = inti mula – mula                                   y          = Inti yang dihasilkan

P  = partikel penembak                               q          = partikel yang dipancarkan

Energi yang dihasilkan dalam reaksi  inti : Q=[(mx+mp)-(my-mq)] 931 MeV

Reaksi Inti yang membebaskan energi (Q>0) disebut reaksi eksotermik

Reaksi inti yang memerlukan energi (Q<0) disebut reaksi endotermik.

2.12.     Reaktor Nuklir

            Reaktor Atom merupakan tempat terjadinya reaksi fisi berantai yang terkendali.

Komponen utama reaktor atom :

a.   Moderator : Berfungsi  untuk memperlambat kecepatan neutron.

Contoh ; air,grafit,air berat

b.   Control rod : berfungsi untuk mengendalikan jumlah neutron.

Bahan control rod mengandung kadmium (cd)

c.   Shielding : untuk melindungi pekerja dari radiasi nuklir.

Alat-alat deteksi :

a.   Pencacah Geiger-Muller

b.   Pencacah Sintilasi

c.   Kamar Kabut Wilson

d.   Emulsi Film

2.13.     Kegunaan Radioaktif  Di Bidang Industri

            Radioaktif banyak digunakan untuk tujuan peningkatan kualitas produk,sebagai berikut :

a.   Dalam Industri Metalurgi, radioisotop digunakan untuk mendeteksi rongga udara pada besi cor, mendeteksi sambungan pipa saluran air , keretakan pada kerangka pesawat terbang, dan untuk mendeteksi keretakan pada industri otomotif.

b.   Dalam Industri kertas, radioisotop dapat digunakan sebagai alat ukur ketebalan kertas. Sinar Gamma dapat memberikan data dan mengontrol ketebalan bahan berdasarkan prinsip bahwa intensitas sinar akan berkurang apabila sinar melalui benda yang lebih tebal.

c.   Sebagai pengisi bahan – bahan pakaian sintentis.

d.   Sebagai pendeteksi isi cairan dalam kemasan kaleng minuman dengan teknik gaunging. Melalui teknik ini diperoleh volume kaleng yang seragam pada setiap kemasan secara tepat , akurat,dan cepat sehingga adanya pemborosan dapat dihindari.

e.   Sebagai pengendali produksi pelat timah pada pembuatan kaleng.

f.    Dalam industri otomotif,radioisotop digunakan untuk mempelajari pengaruh oli dan aditif pada mesin selama mesin bekerja.

g.   Sebagai pendeteksi adanya kebocoran pipa minyak.Pipa minyak dalam tanah dapat dideteksi bocor atau tidaknya dengan menggunakan alat pencacah sinar radioaktif yaitu Geiger Muller Counter. Campuran minyak dengan senyawa kimia yang mengandung isotop radioaktif 24Na dalam bentuk senyawa bikarbonat dapat memancarkan sinar gamma dengan waktu paruh pendek yaitu  15 jam. Minyak tersebut dialirkan melalui pipa dalam tanah. Kebocoran pipa tersebut dapat terdeteksi apabila pada tempat tersebut terdapat radiasi yang  berlebih.

h.  Pembangkit Listrik Tenaga Nukir

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir atau yang lebih dikenal dengan singkatan PLTN, sudah digunakan teknologinya lebih dari 50 tahun yang lalu. Keunggulan PLTN adalah tidak menghasilkan emisi gas CO₂ sama sekali. Selain itu PLTN juga mampu menghasilkan daya stabil yang jauh lebih besar jika dibandingkan dengan pembangkit listrik lainnya. Perlu diketahui juga bahwa bahan bakar uranium yang sudah habis dipakai dapat didaur ulang kembali menghasilkan bahan bakar baru untuk teknologi di masa depan.

Indonesia sebenarnya sangat cocok mengembangkan pembangkit listrik ini, sebagai upaya diversifikasi penggunaan pembangkit listrik primer berbahan bakar fosil, seperti batubara, minyak bumi, dan gas alam. Dengan penanggulangan radiasi yang cermat dan berlapis, PLTN dapat menjadi solusi kebutuhan energi listrik yang besar di Indonesia.

PRINSIP KERJA PLTN

Prinsip kerja PLTN hampir mirip dengan cara kerja pembangkit listrik tenaga uap (PLTU) berbahan bakar fosil lainnya. Jika PLTU menggunakan boiler untuk menghasilkan energi panasnya, PLTN menggantinya dengan menggunakan reaktor nuklir.

Seperti terlihat pada gambar 1, PLTU menggunakan bahan bakar batubara, minyak bumi, gas alam dan sebagainya untuk menghasilkan panas dengan cara dibakar, kemudia panas yang dihasilkan digunakan untuk memanaskan air di dalam boiler sehingga menghasilkan uap air, uap air yang didapat digunakan untuk memutar turbin uap, dari sini generator dapat menghasilkan listrik karena ikut berputar seporos dengan turbin uap.

PLTN juga memiliki prinsip kerja yang sama yaitu di dalam reaktor terjadi reaksi fisi bahan bakar uranium sehingga menghasilkan energi panas, kemudian air di dalam reaktor dididihkan, energi kinetik uap air yang didapat digunakan untuk memutar turbin sehingga menghasilkan listrik untuk diteruskan ke jaringan transmisi.

                                      

i.      Detektor Sintilasi

Detektor sintilasi selalu terdiri dari dua bagian yaitu bahan sintilator dan photomultiplier. Bahan sintilator merupakan suatu bahan padat, cair maupun gas, yang akan menghasilkan percikan cahaya bila dikenai radiasi pengion. Photomultiplier digunakan untuk mengubah percikan cahaya yang dihasilkan bahan sintilator menjadi pulsa listrik. Mekanisme pendeteksian radiasi pada detektor sintilasi dapat dibagi menjadi dua tahap yaitu :
proses pengubahan radiasi yang mengenai detektor menjadi percikan cahaya di dalam bahan sintilator dan proses pengubahan percikan cahaya menjadi pulsa listrik di dalam tabung photomultiplier.

Di dalam kristal bahan sintilator terdapat pita-pita atau daerah yang dinamakan sebagai pita valensi dan pita konduksi yang dipisahkan dengan tingkat energi tertentu. Pada keadaan dasar, ground state, seluruh elektron berada di pita valensi sedangkan di pita konduksi kosong. Ketika terdapat radiasi yang memasuki kristal, terdapat kemungkinan bahwa energinya akan terserap oleh beberapa elektron di pita valensi, sehingga dapat meloncat ke pita konduksi. Beberapa saat kemudian elektron-elektron tersebut akan kembali ke pita valensi melalui pita energi bahan aktivator sambil memancarkan percikan cahaya.

Comments

0 Comments