PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL

Transkripsi

1 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL

2 Cabang Ilmu Kimia yang mempelajari unsur radioaktif, pembuatannya, sifat-sifatnya, pengukurannya dan pemanfaatannya Kimia Radiasi : Cabang Ilmu Kimia yang mempelajari efek kimia yang terjadi pada suatu zat akibat radiasi i pengion Kimia Nuklir : Cabang Ilmu Kimia yang mempelajari transformasi inti

3 Radiokimia Bagian dari Ilmu Kimia Mendukung perkembangan Teknologi Nuklir di berbagai bidang

4 Unsur radioaktif & sifat-sifatnya t LINGKUP RADIOKIMIA Radionuklida Radionuklida alam buatan Radiokimia Penembakan Pembuatan (Reaksi inti) Radionuklida Pemisahan Pemanfaatan Radionuklida Analisis AAN Pengenceran Isotop Titrasi Radiometri Perunut

5 Tujuan Setelah mengikuti materi ini, peserta mampu menjelaskan prinsip radiokimia Secara Khusus : 1. Menjelaskan keseimbangan dalam peluruhan 2. Menjelaskan radionuklida alam 3. Menjelaskan reaksi inti 4. Menjelaskan radionuklida buatan 5. Menjelaskan pemisahan radionuklida

6 Sistematika Bab I : Pendahuluan Bab II : Radionuklida Alam Bab III : Peluruhan Radioaktif Bab IV : Reaksi Inti Bab V : Pembuatan Radionuklida Bab VI : Metode Pemisahan Radiokimia

7 Bab II Radionuklida Alam

8 Bab II. Radionuklida Alam I.Tunggal, dihasilkan oleh sinar kosmik 3 H, 7 Be, 10 Be, 14 C 22 Na, 24 Na, 32 S, 32 P, 33 P 35 P, 36 Cl, 38 S, 38 Cl, 39 Cl II. Tunggal, berasal dari batuan 40 K, 50 V, 87 Rb, 115 In, 123 Te, 138 La, 142 Ce, 144 Nd, 147 Sm, 152 Gd, 156 Dy, 174 Hf, 176 Lu, 180 Ta, 187 Re, 190 Pt III D t R di klid (P l h b t i) III. Deret Radionuklida (Peluruhan berantai) 1. Deret Thorium (4n) 232 Th Pb 2. Deret Uranium (4n+2) 238 U Pb 3. Deret Aktinium (4n+3) 235 U Pb

9 Natural Radiation

10 4, tahun 238 U 234 Th 24,1 hari 234 Pa 1,17 menit 2, tahun 234 U 7, tahun 230 Th 1599 tahun 226 Ra 3,8 hari 222 Rn 3,1 menit 218 Po 214 Pb 218 At 27 menit 214 Bi 218 Rn 19,9 menit 163,7 s 210 Pb 206 Hg 210 Bi 214 Po 22,6 tahun 5,01 hari 206 Tl 210 P0 206 Pb 138,38 hari Deret Uranium

11 Radionuklida Alam Dalam Tubuh : K-40, β dan γ, T 1/2 : 1, tahun Kelimpahan K-40 di alam : 0,0117 %

12 TENORM Technically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Material Proses mineral dan pembakaran bahan bakar fossil fuel Dalam proses pemisahan, radionuklida alam tertinggal di bahan sisa Konsentrasi radionuklida alam dalam bahan sisa lebih tinggi dibanding awalnya

13

14 Radionuklida di udara Paparan eksternal Pernafasan Tanaman Tanah Air permukaan Hewan dan Hasil hewan Tanah lapisan dalam Ikan Air tanah Air minum manusia

15 Radionuklida di Lingkungan Media Udara Air Fresh water and marine foodchain Milk Meat Vegetation Radionuklida 131 I, 134 Cs, 137 Cs 3 H, 89 Sr, 90 Sr, 131 I, 134 Cs, 137 Cs 54 Mn, 55 Fe, 59 Fe, 60 Co, 65 Zn, 95 Zr, 95 Nb, 106 Ru, 110m Ag, 125 Sb, 131 I, 137 Cs, 141 Ce, 144 Ce 89 Sr, 90 Sr, 131 I, 134 Cs, 137 Cs 134 Cs, 137 Cs 89 Sr, 90 Sr, 95 Zr, 95 Nb, 103 Ru, 106 Ru 131 I, 137 Cs, 141 Ce, 144 Ce Soil 90 Sr, 134 Cs, 137 Cs, 238 Pu, 239/240 Pu, 241 Am, 242 Cm

16 Bab III Peluruhan Berantai

17 Deret Radionuklida Peluruhan berantai digambarkan : N(1) N(2) N(3).. N(i-1) N(i) N(i) radionuklida ke-i

18 Laju Peluruhan dn dt 1 dn 2 1 N 1 1 N1 0 N 0 dt dn dt 3 N N dn dt i N N i1 i1 i i

19 Persamaan Bateman Persamaan Bateman )... ( t i t t t i i C e e C e C C e N N ) )...( )( ( i i C ) ) ( )( ( i ) ) ( )( ( i C ) )...( )( ( i ) )...( )( ( i i i i i C i i i i i

20 Decay Chain, Secular Equilibrium 1000 Log of Activity 100 Parent Daugther 10 Total Time Gambar II.1: Kesetimbangan Sekular

21 8 7 Decay Chain, Transient Equilibrium 6 5 tivity Log Act Parent Daughter Total Time Gambar II.2: Kesetimbangan Transien

22 Decay Chain, No Equilibrium 100 ivity Log of Act Parent 10 Daughter Total Time Gambar II.3: Tanpa Kesetimbangan

23 Bab IV Reaksi Inti

24 Reaksi Inti X + a Y + b Atau X(ab)Y a,b Keterangan : X : nuklida sasaran Y : radionuklida hasil reaksi inti a : partikel penembak b : partikel hasil reaksi inti

25 Macam Reaksi Inti Reaksi fotonuklir Contoh : 9 Be(γ,n) 8 Be Reaksi penangkapan : (n, γ), (p, γ), (d,p), (d,α) Reaksi fisi : U n t Y 1 + Y 2 + (2-3)n c + Q

26 Reaksi Penangkapan (n, γ), (p, γ), (d,p), (d,α) Contoh : 23 Na ( n, ) 24 Na 24 Mg ( d, α) 22 Na 197 Au ( n, ) 198 Au Sumber partikel : Reaktor nuklir Akselerator

27 Reaksi Fisi U n t Y 1 + Y 2 + (2-3)n c + Q

28 Reaktor Nuklir Komponen Utama : 1. Bahan Bakar Nuklir 2. Moderator 3. Pendingin 4. Batang Kendali 5. Reflektor 6. Bejana 7. Perisai 8. Penukar Panas:

29 Bab V Pembuatan Radionuklida

30 Radionuklida Buatan Kedokteran Pertanian Peternakan Industri

31 Cara Pembuatan Radionuklida 1. Penangkapan/aktivasi dengan neutron 2. Hasil belah (fisi) uranium. 3. Penangkapan/aktivasi dengan partikel bermuatan. z+2 z+1 (n,p) z z-1 (α,p) (n,ϒ) (d,p) (d,ϒ) (d,p) z-2 (α,n) (n,d) (ϒ,p) A zy (d,n) (d,α) (ϒ,n) (n,2n) (p,n) (d,2n) A-2 A-1 A A+1 A+2

32 Hipotesa Compound Nucleus 4 He + 60 Ni 63 Zn + n 64 Zn 62 Zn + 2n 1 H + 63 Cu 62 Cu + 1 H + n

33 Kecepatan Reaksi Kecepatan Reaksi : R = I n σ x i i R i = jumlah proses / reaksi inti yang terjadi pada sasaran per satuan waktu I = jumlah partikel penembak per satuan waktu n = jumlah nuklida yang terdapat dalam sasaran per satuan volume σ i = tampang lintang untuk reaksi inti x = tebal sasaran

34 Aktivitas Radionuklida Aktivitas radioisotop (A) setelah iradiasi dengan neutron A=NΦσ(1 e -λtir ) Keterangan : N : jumlah nuklida sasaran Φ : fluks neutron (neutron/s.cm 2 ) σ : tampang lintang mikroskopis ( barn = cm 2 ) λ : tetapan peluruhan dari radioisotop yang terbentuk t ir : waktu iradiasi

35 Pemilihan Reaksi Inti jenis nuklida sasaran tampang lintang reaksi pengaruh hbesar energi partikel penembak tingkat kemurnian radionuklida yang dihasilkan

36 Contoh Reaksi Inti Unsur Reaksi Inti Umur Paro H 6Li(n, )T 12,3 tahun Be 6 Li(d, n) 7 Be 53,4 hari F 19 F(n,2n) 18 F 109,7 menit Na 23 Na(n, ) 24 Na 15,0 jam Mg 26 Mg(n, ) 27 Mg 9,5 menit Al 27 Al(n, ) 28 Al 23menit 2,3

37 Aktivasi Neutron RADIONUKLIDA RADIASI WAKTU PARO 153 Sm β, γ 1,93 hari 192 Ir β, γ 73,8 hari 65 Zn ε,γ, β 243,8 hari 90 Y β, γ 2,67 hari 86 Rb β, γ, ε 18,65 hari 166 Ho β, γ 1,12 hari 60 Co β, γ 5,27 tahun 32 P β hari

38 Hasil Belah RADIONUKLIDA JENIS UMUR PARO RADIASI 9 Mo β, γ 67 Jam 125 I β, γ 60 hari 131 I β, γ 8.04 hari

39 Partikel Bermuatan (Akselerator) Produk Jenis Umur Radiasi Paro 18 F β +, ε 183jam 1, Tl ε, γ 3,04 hari 56 Co β +, ε, γ 77,3 hari

40 Pemilihan Senyawa Sasaran kestabilan senyawa pada kondisi iradiasi kandungan unsur lain kemurnian radionuklida kemudahan penanganan selanjutnya (pemisahan)

41 Target Iradiasi

42 Generator Radioisotop Radionuklida umur paro pendek Radionuklida induk berumur paro relatif panjang Anak dipisahkan secara kimia (sederhana) 98 Mo 99m Tc 137 Cs 137m Ba

43 Penandaan / Pelabelan Sintesis dan pertukaran atom. Senyawa bertanda Penggunaan 153 Sm-EDTMP Diagnosis/pengobatan kanker tulang dan Atau SmCl 3 pengobatan leukemia 192 Ir-hairpin Terapi cervic cancer dan mamae cancer (low dose rate) 201 Tl F atau 201 Tl F 3 Diagnosis gangguan gg jantung Na 2 99 MoO 4 Generator 99m Tc Na 131 I (oral, injeksi) Diagnosis dan terapi thyroid H 3 32 PO 4 Pertanian 18 F (FDG)* Kedokteran nuklir

44 Bab VI Pemisahan Radiokimia

45 Tujuan Pemisahan Radiokimia Isolasi dari radionuklida lain Mengkonsentrasikan / mengumpulkan radionuklida dalam jumlah kecil dari volume/massa yang besar Menghindari serapan diri dan mendapatkan geometri yang sesuai untuk kondisi pengukuran

46 Teknik Khusus 1. Carrier / Pengemban 2. Scavenger 3. Collector 4. Milking 5. Radiochemical Yield

47 Teknik Khusus Carrier / Pengemban Isotopic Contoh : Cs non radioaktif untuk 137 Cs Non isotopic Contoh: Ba untuk 226 Ra

48 Teknik Khusus Scavenger A1 cenderung dibarengi oleh keberadaan A2, A3,... Bila diperlukan memisahkan A1 from A2, A3,... Penambahan X sebelum proses pemisahan

49 Teknik Khusus Collector mengumpulkan radionuklida dalam jumlah sedikit dari massa atau volume yang relatif besar Contoh : AMP digunakan untuk mengumpulkan Cs dalam air laut

50 Teknik Khusus Milking Pemisahan anak dari induknya Contoh : β - β - 90 Sr 90 Y 90 Zr (stable) Pemisahan 90 Y dari 90 Sr 137m Ba dari 137 Cs

51 Teknik Khusus Radiochemical Yield / Recovery A s A C Gravimetry, colorimetry Standard internal

52 Metode Pemisahan Proses Kimia: menyangkut electron orbital Sama untuk non radioaktif and radioaktif Metode Pemisahan Kimia: Pengendapan Ekstraksi Pelarut Khromatografi Elektrokimia Distilasi

53 Pengendapan M n M m K sp 1 2 Pada tingkat kelumit, nilai hasil kali kelarutan tidak tercapai carrier ditambahkan Pemisahan dengan pengendapan centrifugal penyaringan

54 Ekstraksi Pelarut Pemisahan dengan pelarut yang tidak bercampur D A org A aq D >> 1 Tingkat makro dan mikro

55 Contoh : Preparasi Radiokimia untuk Analisis Pu dalam Sampel Tanah Filtrat + TOA-xylene + 8 M HNO 3 org aq +10MHCl org aq + NH 4 I.HCl org aq org org aq + Xylene aq

56 Khromatografi Perbedaan kecepatan migrasi Tingkat makro dan mikro Jenis : Khromatografi kolom Khromatografi kertas electrochromatography Khromatografi gas

57 Khromatografi Penukaran Ion nhr + Mn + MRn + nh + K d M M res sol

58 Contoh : Preparasi Radiokimia untuk Analisis Pu dalam Sampel Tanah Filtrat 8 M HNO 3 10 M HCl NH 4I.HCl Anion Colum Dowex 1-X8, mesh Eluent

59 Elektrokimia Perbedaan energi potensial Elektrolisis secara internal Elektrolisis li i dengan arus listrik ik

60 Potensial (E 0 ) Elektrode Potensial (E 0 ) K K + + e + 2,92 ¼U ¼U +4 + e + 1, ½H 2 + OH H 2 O+ e + 0,83 Pu +3 Pu +4 + e + 0, ½Cu ½Cu +2 + e 0,34 OH ¼O 2 + ½H 2 O+ e 0,40 ¼Po ¼Po +4 + e 0,40 Fe +2 Fe +3 + e 0,77 Ag Ag + + e 0,80

61 Contoh : Preparasi Radiokimia untuk Analisis Pu dalam Sampel Tanah larutan Pt anode 0.5 Ampere, 2 hours Stainless steel katode

62 Distilasi Suhu penguapan Senyawa volatil

63 Review Sebutkan 3 jenis radionuklida alam dan contohnya; Sebutkan 3 sistem peluruhan berantai dan contohnya; Jelaskan 3 reaksi inti; Jelaskan 3 cara produksi radioisotop; Jelaskan 3 teknik khusus dalam Pemisahan Radiokimia Jelaskan 5 metode Pemisahan Kimia

64