Inti
atom Radioaktivitas Purwanti Widhy H, M.Pd
bagian terkecil suatu unsur yg mrpkn suatu partikel netral, dimana jumlah muatan listrik positif dan negatif sama.
Bagian Atom :
Elektron
Proton
Netron
Jumlah proton (Z) sama dgn jumlah elektron Jumlah netron (N) Jumlah Nukleon A = Z + N
atau
Muatan Elektron : 4,8 x 10-8 eV Massa 1 elektron : 9,1 x 10-28 gram Muatan 1 proton : muatan 1 elektron
Massa 1 proton : 1,67 x 10-24 gram Muatan 1 netron : 0 Massa 1 netron : massa 1 proton
Isotop : Jumlah proton sama tapi netron berbeda Ex. deutrium ( 1H2 ) dan tritium (1H3 ) Isobar : Jumlah Nukleon sama Ex. 1H3 dan 2H3 Isoton : Jumlah Netron sama Ex 1H2 dan 2H3 Isomer : A dan Z sama, dg tingkat energi yg berbeda Ex 51Sb124m1 dan 51Sb124m2 60 60m 28Ni dan 28Ni
RADIONUKLIDA Nuklida yang memancarkan radiasi Radionuklida alam : alam primer t1/2 panjang 238 , t 9 92U 1/2 nya 4,5 X 10 tahun alam sekunder t1/2 pendek Th234 , t 90 1/2 nya 24 hari 4 + 234 dibentuk dari 92U238 2 90Th alam terinduksi : bkn sisa pembentukan bumi, ttp karena antaraksi dg kosmik dan nuklida di atmosfir 14 1 14 1 7N + 0n 6C + 1p Radionuklida buatan bukan proses alamiah (dibuat)
Inti Radioaktif : Unsur inti atom yg mempunyai sifat memancarkan salah satu partikel alfa, beta atau gamma. Sejarah : -
-
1896 Becquerel : Senyawa uranium yg memancarkan sinar tampak yg dpt menembus bahan yg tdk tembus cahaya serta mempengaruhi emulsi fotografi. 1896 Marie Curie : Bahwa inti uranium memancarkan suatu aprtikel.
SINAR ALFA Partikel yg terdiri dr 4 buah nukleon i.e 2 proton dan 2 netron Inti Helium Sifat : 1. Daya tembus di udara 4 cm,tdk tembus kertas. 2. Partikel alfa tidak mengalami pembelokan karena massa partikel alfa lebih besar dr massa elektron. 3. Hubungan antara energi dan jarak tembus : E = 2,12 x R2/3
SINAR BETA • Mrpkn partikel yg dilepas atau terbentuk pd suatu nekleon inti,dpt berupa elektron bermuatan negatif (negatron),elektron bermuatan positif (positron) atau elektron capture (penangkapan elektron). Sifat : 1. Daya tembus 100 X partikel alfa. 2. Menyebabkan atom yg dilewati terionisasi. 3. Energi 0,01 MeV – 3 MeV,hub energi dan jarak tembus : R = 0,543 E – 0,160
Mrpkn partikel tdk bermuatan listrik yg dihslkan dlm reaktor nuklir, tidak menimbulkan ionisasi,namun menghasilkan energi. Pengurangan energi netron melalui interaksi dgn inti atom : 1. Peristiwa hamburan (scattering). 2. Reaksi inti (masuknya netron kedlm inti sehingga terbentuk sebuah inti yg berisotop. 3. Reaksi fisi 4. Peluruhan Inti (inti yg terbentuk akan melepaskan salah satu partikel alfa, proton, deutron atau triton). Untuk pengobatan tumor dngan cairan Boron yg ditembak dgn netron.
PROTON Inti suatu zat yang bermuatan positif. Dalam radioterapi untuk menghancurkan kelenjar hipofisis.
Merupakan hasil disintegrasi inti atom yg memancarkan sinar alfa dan terbentuk inti baru dgn tingkat energi agak tinggi,kemudian transisi ke tingkat energi yg lbh rendah dgn memancar sinar gamma Inti
mula2
1,48 MeV
(27Co60)
Inti baru 1,31 MeV
Inti 1,17 MeV
Jika menembus lapisan materi setebal X maka intensitas akan berkurang
I I 0e
X
Timbul karena ada perbedaan potensial arus searah yg besar diantara kedua elektroda dlm sebuah tabung hampa,berkas elektron akan dipancarkan dari katoda ke anoda
A
K
Perbedaaan tegangan katoda dan anoda 20 KeV – 100 KeV Sifat sinar X : 1. Menghitamkan pelat film 2. Mengionisasi gas 3. Menembus berbagai zat 4. Menimbulkan fluorosensi 5. Merusak jaringan
Jenis Radiasi
Simbol
No. Massa
Muatan
Perub No massa
Perub No. Atom
Alfa
4
2
Berkurang 4
Berkurang 2
Beta
0
1-
Tetap
Tambah 1
Gamma
0
0
Tetap
Tetap
Pada umumnya unsur dengan nomor atom lebih besar dari 83 adalah radioaktif. Kestabilan inti dipengaruhi oleh perbandingan antara neutron dan proton di dalam inti. * isotop dengan n/p di atas pita kestabilan menjadi stabil dengan memancarkan partikel beta. * isotop dengan n/p di bawah pita kestabilan menjadi stabil dengan menangkap elektron. * emisi positron terjadi pada inti ringan. * penangkapan elektron terjadi pada inti berat.
Peluruhan adalah peristiwa nuklida radioaktif memancarkan sinar/partikel radioaktif hingga berubah menjadi inti yang stabil. 1.Peluruhan inti ringan a.n/p di atas pita kestabilan (n > p) 1)mengubah neutron menjadi proton, disertai pemancaran sinar b contoh :
2) Memancarkan partikel neutron contoh : b. n/p di bawah pita kestabilan (n < p) 1)mengubah p menjadi n dengan disertai pemancaran positron contoh : 2)Penangkapan elektron dari kulit K contoh : 3)Peluruhan inti berat contoh :
semua inti dengan Z=84 atau lebih tidak stabil aturan genap ganjil Jumlah proton-neutron
nuklida stabil
Genap - genap
157
Genap – ganjil
52
Ganjil – genap
50
Ganjil – ganjil
5
Deret radioaktif ialah suatu kumpulan unsur-unsur hasil peluruhan suatu radioaktif yang berakhir dengan terbentuknya unsur yang stabil. a. Deret Uranium-Radium Dimulai dengan 92 238 U dan berakhir dengan 82 206 Pb b. Deret Thorium Dimulai oleh peluruhan 90 232 Th dan berakhir dengan 82 208 Pb c. Deret Aktinium Dimulai dengan peluruhan 92 235 U dan berakhir dengan 82 207 Pb d. Deret Neptunium Dimulai dengan peluruhan 93 237 Np dan berakhir dengan 209 Bi 83
Negatron, ß-: elektron dipancarkan dari inti, terutama oleh inti yang kaya neutron. Emisinya disertai dengan pemancaran antineutrino (kekekalan momentum).
Positron, ß+: e+ dipancarkan dari inti atom, terutama inti yang kaya proton. Emisinya disertai dengan pemancaran neutrino (kekekalan momentum).
Electron Capture (EC): suatu modus mengurangi nomor atom Z namun besarnya nomor massa A
dipertahankan. Modus ini berkompetisi dengan pemancaran positron. Elektron tertarik ke dalam inti dari kulit K. Modus ini disukai jika energi peluruhan < 2mc2
penggunaan radioisotop Isotop suatu unsur tertentu, radioaktif atau tdk, mempunyai tingkah laku yg sama dlm proses kimia & fisika pelacak Penggunaan Kebocoran pipa Penyerapan pupuk P
Pertanian Penelitian dasar
Isotop
Keterangan
Isotop yg Alat pencacah Geiger pendek umurnya Isotop P
14C
Hasilnya disebut autoradiograf Menguji keefektifan pupuk & herbisida Membandingkan nilai nutrisi pakan Pemberantasan hama
Mekanisme fotosintesis jalur metabolisme hewan & manusia
Peluruhan alfa Peluruhan beta Peluruhan gamma (transisi isomerik) Pembelahan spontan Pemancaran netron Pemancaran netron terlambat
Partikel alfa terdiri atas 2 proton dan dua netron (partikel relatif besar). Agar suatu nuklida mampu melepaskan partikel alfa, inti harus relatif besar. Contoh: 210 Pb206 + He4. Po 84 82 2
•
3 jenis peluruhan beta: –
– – •
Pemancaran negatron (beta negatif) Pemancaran positron (beta positif) Penangkapan elektron (electron capture, EC).
Contoh: 40 Ca40 + 0; K 19 20 -1 Pemancaran negatron terjadi jika n/p > isobar yang lebih stabil, maka dalam inti terjadi perubahan 1 n menjadi 1 p : 0n1 1H1 + 0 1 + 44 Co44 + 0. Se 21 20 +1 44 + e0 Se44. Ti 22 -1 21
Transisi diantara isomer inti. Seringkali suatu inti berada pada tingkat kuantum diatas tingkat dasarnya (metastabil). Waktu paruh transisi isomerik kebanyakan dalam orde <10-6 detik. Contoh: 60m Co60 + 27Co 27
Peluruhan dengan pembelahan spontan hanya terjadi pada nuklida sangat besar. Nuklida yang sangat besar membelah diri menjadi 2 nuklida yang massanya hampir sama disertai pelepasan beberapa netron. Contoh: 254 Mp108 + Ba142 + 4 n1 Cr 98 42 56 0
Prose peluruhan ini terjadi pada nuklida yang memiliki kelebihan netron relatif terhadap inti yang stabil. Contoh: 87 Kr86 + n1 Kr 36 36 0
Proses peluruhan terjadi dengan didahului oleh pemancaran negatron kemudian dilanjutkan dengan pemancaran netron. Contoh: 87 Kr87 + 0 Kr86 + n1 Br 35 36 -1 36 0 87 disebut pemancar netron terlambat Br 35
•
•
•
•
Reaksi Fisi : reaksi pembelahan inti menghasilkan netron Setiap reaksi pembelahan inti selalu dihasilkan energi sekitar 200 Mev. Netron yang dihasilkan dapat digunakan untuk menembak inti lain sehingga terjadi pembelahan inti secara berantai. Energi yang dihasilkan pada pembelahan 235 gram 235U ekivalen dengan energi yang dihasilkan pada pembakaran 500ton batubara.
• • •
• •
Reaksi penggabungan dua atau beberapa inti ringan menjadi satu inti yang lebih berat. Reaksi fusi menghasilkan energi yang sangat besar. Reaksi ini memiliki energi pengaktifan, terutama untuk mengatasi gaya tolak menolak kedua inti yang akan bergabung. Reaksi hanya mungkin terjadi pada suhu sangat tinggi, sekitar 100 juta derajat. Pada suhu tersebut tidak terdapat atom melainkan plasma dari inti dan elektron.
• •
• •
Energi yang dihasilkan pada reaksi fusi sangat besar. Energi yang dihasilkan cukup untuk menyebabkan terjadinya reaksi fusi berantai yang dapat menimbulkan ledakan termonuklir. Energi fusi dari 1 kg hidrogen setara dengan energi pembakaran 20ribu ton batubara. Keuntungan reaksi fusi dibandingkan reaksi fisi: – –
Energi yang dihasilkan lebih tinggi Relatif lebih “bersih”, karena hasil reaksi fusi adalah nuklida-nuklida stabil.
•
• •
Kebolehjadian suatu nuklida untuk meluruh tidak tergantung lingkungan (suhu, tekanan, keasaman, dll). Tetapi, bergantung pada jenis dan jumlah nuklida. Kecepatan peluruhan berbanding lurus dengan jumlah radionuklida, yang dinyatakan dengan: -dN/dt N; dengan N=jumlah radionuklida, t=waktu
Perbandingan dapat diubah menjadi persamaan dengan memasukkan tetapan perbandingan . -dN/dt N -dN/dt = N laju perluruhan=keaktifan(A) A = -dN/dt A = N dN/N = - dt (diintegralkan) Nt=N0.e- t
Jika N0 dan diketahui maka dapat dihitung radionuklida N pada tiap waktu t. Daftar tetapan peluruhan tidak ada, yang ada daftar waktu paruh nuklida sudah dikenal. Jika t = t½, maka N = ½ N0 ln ½ N0/N0 = - t½ t½ = ln 1/2 t½ = 0,693 t½ = 0,693/
-dN/dt N dN/N = - dt (diintegralkan) Nt/N0= e- t Nt=N0.e- t , t = t1/2 , Nt = 1/2N0 ln ½ N0/ N0= - . t1/2 . t1/2 = -ln 1/2 . t1/2 = -(-0,693) t1/2 = 0,693/ A= .N
Buatlah kelompok (anggota 4) Diskusikan penggunaan radioisotop dalam berbagai bidang! (kimia, kedokteran, pertanian, industri, penentuan umur fosil) sebutkan pula jenis radioisotopnya! Diskusikan pula efek radiasi bagi kehidupan manusia! Dikumpulkan!
