Radioaktif

Pengertian

Radioaktifitas adalah pemancaran sinar–sinar radioaktif secara spontan dengan disertai peluruhan inti atom menjadi inti yang lain. Sinar radioaktif ini ada 3 macam yaitu: sinar alfa ( ), sinar beta ( ), dan sinar gamma ( ).

Pada tahun 1896, Antoine Henri Becquerel melaporkan bahwa senyawa kalium uranil sulfat memancarkan sinar yang dapat menghitamkan film foto dalam ruang gelap. Sinar itu memiliki sifat mirip dengan sinar X. Kemudian Marie Curie menemukan sinar yang sama pada logam Uranium. Setelah itu, Curie dengan suaminya menemukan sinar yang mirip pada unsur Polonium (Po) dan Radium (Ra). Karena sinar itu memiliki energi yang besar atau mudah bereaksi maka disebut dengan sinar radioaktif, sedangkan unsurnya disebut unsur radioaktif.

Jenis – jenis Sinar Radioaktif

1.      Sinar Alfa (α)
Radiasi ini terdiri dari seberkas sinar partikel alfa. Radiasi alfa terdiri dari partikel-partikel yang bermuatan positif dengan muatan +2 dan massa atomnya 4. Partikel ini dianggap sebagai inti helium karena mirip dengan inti atom helium. Sewaktu menembus zat,sinar α menghasilkan sejumlah besar ion. Oleh karena bermuatan positif partikel α dibelokkan oleh medan magnet maupun medan listrik. Partikel alfa memiliki daya tembus yang rendah. Partikel-partikel alfa bergerak dengan kecepatan antara 2.000 – 20.000 mil per detik, atau 1 –10 persen kecepatan cahaya.

2.      Sinar Beta (β)
Berkas sinar β terdiri dari partikel-partikel yang bermuatan negatif dan partikel β identik dengan elektron. Sinar beta mempunyai daya tembus yang lebih besar tetapi daya pengionnya lebih kecil dibandingkan sinar α . Berkas ini dapat menembus kertas aluminium setebal 2 hingga 3 mm. Partikel beta juga dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet , tetapi arahnya berlawanan dari partikel alfa. Selain itu partikel β mengalami pembelokan yang lebih besar dibandingkan partikel dalam medan listrik maupun dalam medan magnet. Hal itu terjadi karena partikel β mempunyai massa yang jauh lebih ringan dibandingkan partikel α

3.      Sinar Gamma
Beberapa proses peluruhan radioaktif yang memancarkan partikel α atau β menyebabkan inti berada dalam keadaan energetik, sehingga inti selanjutnya kehilangan energi dalam bentuk radiasi elektromagnetik yaitu sinar gamma. Sinar gamma mempunyai daya tembus besar dan berkas sinar ini tidak dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet. Sinar gamma mempunyai panjang gelombang yang sangat pendek.

Peluruhan

Emisi radiasi oleh unsur radioaktif disebut peluruhan ( disintegrasi) Proses peluruhan dipaparkan dengan suatu persamaan yang disebut persamaan inti.Misalnya, peluruhan uranium yang disertai pemancaran partikel alfa dipaparkan dengan persamaan inti sebagai berikut.

        

Persamaan ini juga mengikuti azas kesetaraan. Suatu persamaan inti dikatakan setara jika muatan (nomor atom) dan massa di uras kiri sama dengan ruas kanan.

Laju peluruhan dan Waktu Paro

Semua peluruhan radiaoaktif bertahan spontan dan mengikuti reaksi orde pertama, meski memiliki mekanisme yang memungkinkan . Kecepatan peluruhan ini hanya tergantung pada   jumlah nuklida radioaktif. Misalkan suatu contoh yang mengandung 1000 nuklida radioaktif meluruh dengan laju 100 dps (disintegrasi atau peluruhan per sekon). Suhu, tekanan, konsentrasi dan kondisi zat tidak mempengaruhi laju peluruhan. Secara matematis, laju peluruhan dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut.

         v = laju peluruhan

= Pengaturan peluruhan (Serupa dengan k dalam persamaan laju reaksi), nilainya                   tergantung pada jenis radioisotop.

        N = jumlah nuklida radioaktif

Kegunaan Unsur – Unsur Radioaktif

Di negara-negara maju penggunaan dan penerapan radioisotop telah dilakukan dalam berbagai  bidang. Radioisotop adalah isotop suatu unsur radioaktif yang memancarkan sinar radioaktif. Isotop suatu unsur baik stabil maupun yang radioaktif memiliki sifat kimia yang sama. Penggunaan radioisotop dapat dibagi ke dalam penggunaan sebagai perunut dan penggunaan sebagai sumber radiasi.

Radioisotop sebagai perunut digunakan untuk mengikuti unsur dalam suatu proses yang menyangkut senyawa atau sekelompok senyawa. Radioisotop dapat digunakan sebagai sumber sinar sebagai pengganti sumber lain misal sumber sinar X. Radioisotop dapat digunakan sebagai perunut sebab energy sinar yang dipancarkan serta waktu paruhnya merupakan sifat khas radioisotop tersebut. Pada contoh di bawah ini akan diberikan beberapa contoh penggunaan radioisotop baik sebagai perunut maupun sebagai sumber radiasi.

1.      Bidang Kimia

a.      Teknik PerunutTeknik perunut dapat dipakai untuk mempelajari mekanisme berbagai reaksi kimia.   Misal pada reaksi esterifikasi. Dengan oksigen-18 dapat diikuti reaksi antara asam karboksilat dan alkohol. Dari analisis spektroskopi massa, reaksi esterifikasi yang terjadi dapat ditulis seperti berikut. (isotop oksigen-18 diberi warna).

Hasil analisis ini menunjukkan bahwa molekul air tidak mengandung oksigen-18.

Adapun jika O – 18 berada dalam alkohol maka reaksi yang terjadi seperti berikut.

                  Penggunaan radioisotop yang lain sebagai perunut mekanisme reaksi fotosintesis.

Untuk mengetahui mekanisme reaksi tersebut digunakan perunut karbon-14 yang terdapat pada CO2 dan oksigen-18 yang terdapat dalam air.

b.      Penggunaan Isotop dalam Bidang Kimia Analisis

Penggunaan isotop dalam analisis digunakan untuk menentukan unsur-unsur kelumit dalam cuplikan. Analisis dengan radioisotop atau disebut radiometrik dapat dilakukan dengan dua cara yaitu, sebagai berikut.

1.      Analisis Pengeceran Isotop

Larutan yang akan dianalisis dan larutan standar ditambahkan sejumlah larutan yang mengandung suatu spesi radioaktif. Kemudian zat tersebut dipisahkan dan ditentukan aktivitasnya. Konsentrasi larutan yang dianalisis ditentukan dengan membandingkannya dengan larutan standar.

2.      Analisis Aktivasi Neutron (AAN)

Analisis aktivasi neutron dapat digunakan untuk menentukan unsur kelumit dalam cuplikan yang berupa padatan. Misal untuk menentukan logam berat (Cd) dalam sampel ikan laut. Sampel diiradiasi dengan neutron dalam reactor sehingga menjadi radioaktif. Salah satu radiasi yang dipancarkan adalah sinar gamma . Selanjutnya sampel dicacah dengan spektrometer gamma  untuk menentukan aktivitas dari unsur yang akan ditentukan.

 

2.      Bidang Kedokteran

a.      Radioisotop natrium-24 dapat digunakan untuk mengikuti peredaran darah dalam tubuh manusia. Larutan NaCl yang tersusun atas Na-24 dan Cl yang stabil disuntikkan ke dalam darah dan aliran darah dapat diikuti dengan mendeteksi sinar yang dipancarkan, sehingga dapat diketahui jika terjadi penyumbatan aliran darah.

b.      Untuk mempelajari kelainan pada kelenjar tiroid digunakan radioisotop 131I.

c.       Radioisotop fosfor dapat dipakai untuk menentukan tempat tumor di otak.

d.      Radioisotop 59 Fe dapat digunakan untuk mengukur laju pembentukan sel darah merah dalam tubuh dan untuk menentukan apakah zat besi dalam makanan dapat digunakan dengan baik oleh tubuh.

e.       Sejak lama diketahui bahwa radiasi dari radium dapat dipakai untuk pengobatan kanker. Oleh karena radium-60 dapat mematikan sel kanker dan sel yang sehat maka diperlukan teknik tertentu sehingga tempat di sekeliling kanker mendapat radiasi seminimal mungkin.

f.        Radiasi gamma dapat membunuh organisme hidup termasuk bakteri. Oleh karena itu, radiasi gamma digunakan untuk sterilisasi alat-alat kedokteran. Sterilisasi digunakan juga di industri makanan. Sterilisasi dengan cara radiasi, menjadikan makanan dapat tahan empat atau lima kali lebih lama dari cara sterilisasi biasa.

3.      Bidang Pertanian

a.      Pembentukan Bibit Unggul Dalam bidang pertanian, radiasi gamma dapat digunakan untuk memperoleh bibit unggul. Sinar gamma menyebabkan perubahan dalam struktur dan sifat kromosom sehingga memungkinkan menghasilkan generasi yang lebih baik, misalnya gandum dengan yang umur lebih pendek.

b.      Pemupukan dan Pemberantasan Hama dengan Serangga Mandul Radioisotop fosfor dapat dipakai untuk mempelajari pemakaian pupuk oleh tanaman. Ada jenis tanaman yang mengambil fosfor sebagian dari tanah dan sebagian dari pupuk. Berdasarkan hal inilah digunakan fosfor radioaktif untuk mengetahui efesiensi pengambilan fosfor dari pupuk oleh tanaman. Teknik iradiasi juga dapat digunakan untuk memberantas hama dengan menjadikan serangga mandul. Dengan radiasi dapat mengakibatkan efek biologis, sehingga timbul kemandulan pada serangga jantan. Kemandulan ini dibuat di laboratorium dengan cara hama serangga diradiasi sehingga serangga jantan menjadi mandul. Setelah disinari hama tersebut dilepas di daerah yang terserang hama, sehingga diharapkan akan terjadi perkawinan antara hama setempat dengan jantan mandul yang dilepas, sehingga telur itu tidak akan menetas.

c.       Pengawetan Makanan Pada musim panen, hasil produksi pertanian melimpah. Beberapa dari hasil pertanian itu mudah busuk atau bahkan dapt tumbuh tunas, contohnya kentang. Oleh karen aitu diperlukan teknologi untuk mengawetkan bahan pangan tersebut. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah dengan irradiasi sinar radioaktif. Irradiasi ini juga dapat mencegah pertumbuhan bakteri dan jamur.

4. Bidang Industri

Penggunaan radioisotop dalam bidang industri antara lain untuk mendeteksi kebocoran pipa yang ditanam di dalam tanah atau dalam beton. Dengan menggunakan radioisotop yang dimasukkan ke dalam aliran pipa kebocoran pipa dapat dideteksi tanpa penggalian tanah atau pembongkaran beton.

Penyinaran radiasi dapat digunakan untuk menentukan keausan atau kekeroposan yang terjadi pada bagian pengelasan antarlogam. Jika bahan ini disinari dengan sinar gamma dan dibalik bahan itu diletakkan film foto maka pada bagian yang aus atau keropos akan memberikan gambar yang tidak merata. Radiasi sinar gamma juga digunakan dalam vulkanisasi lateks alam. Penggunaan zat radioaktif dalam bidang industri yang lainnya adalah untuk mengatur ketebalan besi baja, kertas, dan plastik; dan untuk menentukan sumber minyak bumi.

5. Pengukuran Usia Bahan Organik

Radioisotop karbon-14, terbentuk di bagian atas atmosfer dari penembakan atom nitrogen dengan neutron yang terbentuk oleh radiasi kosmik.

Karbon radioaktif tersebut di permukaan bumi sebagai karbon dioksida dalam udara dan sebagai ion hidrogen karbonat di laut. Oleh karena itu karbon radioaktif itu menyertai pertumbuhan melalui fotosintesis. Lama kelamaan terdapat kesetimbangan antara karbon-14 yang diterima dan yang meluruh dalam tumbuh-tumbuhan maupun hewan, sehingga mencapai 15,3 dis/menit gram karbon. Keaktifan ini tetap dalam beberapa ribu tahun. Apabila organisme hidup mati, pengambilan 14C terhenti dan keaktifan ini berkurang. Oleh karena itu umur bahan yang mengandung karbon dapat diperkirakan dari pengukuran keaktifan jenisnya dan waktu paruh 14C. ( 12 T = 5.730 tahun).

Pita Kestabilan

Unsur-unsur dengan nomor atom rendah dan sedang kebanyakan mempunyai nuklida stabil maupun tidak stabil (radioaktif). Contoh pada atom hidrogen, inti atom protium dan deuterium adalah stabil sedangkan inti atom tritium tidak stabil. Waktu paruh tritium sangat pendek sehingga tidak ditemukan di alam. Pada unsur-unsur dengan nomor atom tinggi tidak ditemukan inti atom yang stabil. Jadi faktor yang memengaruhi kestabilan inti atom adalah angka banding dengan proton.

Inti-inti yang tidak stabil cenderung untuk menyesuaikan perbandingan neutron terhadap proton agar sama dengan perbandingan pada pita kestabilan. Bagi nuklida dengan Z = 20, perbandingan neutron terhadap proton (n/p) sekitar 1,0 sampai 1,1. Jika Z bertambah maka perbandingan neutron terhadap proton bertambah hingga sekitar 1,5.

Inti atom yang tidak stabil akan mengalami peluruhan menjadi inti yang lebih stabil dengan cara:

Menghitung Umur fosil

Pertanggalan atau pentarikhan absolut adalah proses menentukan perkiraan umur yang dapat dihitung dengan angka. Teknik ini biasa digunakan dalam arkeologi dan geologi. Beberapa ilmuwan lebih suka memakai istilah pertanggalan/pentarikhan kronometrik atau pertanggalan kalender dibandingkan dengan pertanggalan absolut karena “absolut” itu sendiri sebenarnya juga tidak pasti. Teknik pertanggalan absolut memberikan perhitungan umur numerik, kebalikan dari pertanggalan relatif yang hanya memperkirakan umur berdasarkan urutan kejadian. 

Dalam arkeologi, pertanggalan absolut ini biasanya didasarkan pada kandungan fisikal atau kimiawi bahan yang digunakan untuk membuat artefak, bangunan, ataupun bagian-bagian lain yang dimodifikasi oleh manusia; sedangkan dalam geologi yang menjadi dasar untuk pertanggalan absolut adalah kandungan fisik dan kimiawi formasi batuan beku yang biasanya berasosiai dengan temuan-temuan paleontologis. Fosil jarang ditarikh secara langsung. Proses pentarikhan absolut ini biasanya dilakukan di laboratorium.

Metode yang umum digunakan adalah pentarikhan radiometrik (radiometric dating).  Salah satu yang digunakan dan diterima secara luas adalah pentarikhan melalui peluruhan radioaktif (radioactive decay dating). Peluruhan radioaktif merujuk pada proses terjadinya bentuk elemen radioaktif yang berubah menjadi produk nonradioaktif dalam derajat reguler. Inti setiap elemen radioaktif (seperti radium dan uranium) secara spontan terpisah seiring berlalunya waktu, dan mengubah diri menjadi inti atom elemen lain yang berbeda. Dalam proses pemisahan ini, atom membuang radiasi (energi yang keluar dalam bentuk gelombang). Inilah yang disebut peluruhan radioaktif. Setiap elemen memiliki derajat peluruhan masing-masing, tanpa dipengaruhi oleh kondisi fisik eksternal. Dengan mengukur jumlah atom original dan atom yang sudah bertransformasi dalam sebuah objek, para ilmuwan dapat menghitung/menentukan umur objek tersebut. 

 Waktu Paruh

adalah waktu yang dibutuhkan sampai separo zat radioaktif meluruh. Hubungan antara fraksi zat yang tersisa dengan waktu paro dari rumus sebagai berikut:

         N _o = jumlah zat radioaktif pertama

         N _t = jumlah zat radioaktif yang masih tersisa pada waktu t

          

Radioaktivitas adalah peristiwa emisi sinar-sinar a , b , g yang menyertai proses peluruhan inti.

Sinar a :	- Identik dengan inti atom helium (2He4) - daya tembusnya kecil tapi daya ionisasinya besar.
Sinar b :	- Identik dengan elektron (le.) - daya tembus cukup besar tapi daya ionisasinya agak kecil
Sinar g :	- Tidak bermuatan (gelombang elektromagnetik). - daya tembus paling besar tapi daya ionisasinya kecil (interaksi berupa foto listrik, Compton den produksi pasangan).

Kuat radiasi suatu bahan radioaktif adalah jumlah partikel ( a , b , g ) yang dipancarkan tiap satuan waktu.

R = l N

R = kuat radiasi satuan Curie
     1 Curie (Ci) = 3,7 x 1010 peluruhan per detik. l = konstanta pelurahan, tergantung pada jenis isotop dan jenis pancaran radioaktif, yang menyatakan kecepatan peluruhan inti. N = jumlah atom.

Waktu paruh (T ½) adalah waktu yang dibutuhkan ½ unsur radioaktif berubah menjadi unsur lain.

T ½ = ln 2 / l = 0,693 / l                 th         N = Noe-lt = No (½)-t / T

Jadi setelah waktu simpan t = T ½ massa unsur mula-mula tinggal separuhnya, N = ½ No ATAU setelah waktu simpan nT ½ th zat radioaktif tinggal (½) n

Sinar radioaktif yang melewati suatu materi akan mengalami pelemahan intensitas dengan rumus:

I = Ioe- m x

Io = intensitas mula-mula (joule/s.m2) m = koefisien serap materi (m-1 atau cm-1) x = tebal materi / bahan (m atau cm)

Bila I = ½ Io maka x = 0,693 / m th disebut HVL (lapisan harga paruh) yaitu tebal keping yang menghasilkan setengah intensitas mula

Jenis detektor radioaktif:

1. Pencacah Geiger (G1M)
   untuk menentukan / mencacah banyaknya radiasi sinar radioaktif
2. Kamar Kabut Wilson
   untuk mengamati jejak partikel radioaktif
3. Emulsi Film
   untuk mengamati jejak, jenis dan mengetahui intensitas partikel radioaktif
4. Pencacah Sintilad
   untuk mencacah dan mengetahui intensitas partikel radioaktif.

Kesimpulan

Dari sejumlah zat radioaktif yang telah ditemukan, dikelompokkan berdasarkan sumber ditemukannya, yaitu Radioaktivitas Alam dan Radioaktivitas Buatan.

Radioaktivitas Alam adalah unsur-unsur radioaktif yang ditemukan di alam sebagai bahan tambang, yaitu Uranium (U), Aktinium (At), dan Thorium (Th). Radioaktif alami ditemukan oleh Antoine Henri Becquerel pada tahun 1896.

Radioaktivitas Buatan adalah zat-zat radioaktif yang diproduksi dengan sengaja dalam reaktor atom, antara lain Neptunium (Np), Polonium (Po), Radium (Ra). Radioaktif buatan ditemukan oleh Irene Joliot dan Frederick joliot pada tahun 1934.