BAB I. Dasar Fisika Radiasi

Transkripsi

1 BAB I. Dasar Fisika Radiasi A. PENDAHULUAN Bab I tentang Dasar Fisika Radiasi direncanakan selesai dalam waktu 2 kali 3 jam (3 x 50 menit) tatap muka. Sebagai Pendahuluan terdiri dari 3 bagian, yaitu dcskripsi singkat, relevansi Bab I baik dengan materi kuliah yang pernah diperoleh maupun dengan materimateri yang akan diperoleh kemudian. Selanjutnya diberikan Tujuan Instruksional Khusus untuk Bab I (Dasar Fisika Radiasi). A.1 Deskripsi Singkat. Dasar Fisika Radiasi secara sederhana telah diterapkan dalam berbagai bidang yang terkait dengan perkembangan ilmu pengetahaun dan teknologi nuklir, khususnya untuk aplikasi di bidang industri dan rumah sakit. Untuk dapat memahami dasar-dasar fisika radiasi dengan lebih baik, terlebih dahulu perlu dikenal beberapa macam pengertian yang sangat dasar, seperti perihal atom, inti atom, elektron, proton, neutron, dan radiasi elektromagnetik. A.2 Relevansi Bab I ini bermaksud memperkenalkan kepada mahasiswa ruang lingkup dasar-dasar fisika radiasi secara umum, selanjutnya dengan mengulangi sedikit tentang beberapa definisi dan pengertian fisika radiasi, struktur atom dan inti atom, radioaktivitas dan radiasi, sumber radiasi, dan pengetahuan tentang interaksi radiasi dengan bahan, mahasiswa akan lebih mengerti bahwa dasar-dasar fisika radiasi mutlak diperlukan dalam mempelajari tentang proteksi radiasi dan keselamatan kerja di berbagai lapangan pekerjaan. Dari materi Bab I ini mahasiswa juga akan mengetahui bahwa dasar-dasar fisika radiasi pada mulanya justru untuk memenuhi kebutuhan praktis, baru kemudian berkembang untuk keperluan penerapan-penarapan di berbagai bidang, khususnya terkait dengan masalah proteksi radiasi dan keselamatan kerja. A.3 Tujuan Instruksional Khusus Setelah mengikuti pelajaran ini mahasiswa diharapkan dapat : a. menyebutkan definisi dan pengertian fisika radiasi, b. membedakan pengertian tentang struktur atom dan inti atom, c. menyebutkan pengertian tentang radioaktivitas dan radiasi, d. mengenal adanya berbagai macam sumber radiasi, e. menjelaskan proses interaksi radiasi dengan bahan. Universitas Gadjah Mada 1

2 B. PENYAJIAN Untuk penyajian bahan kuliah ini (Dasar Fisika Radiasi) akan dikelompokkan dalam tiga bagian, yaitu uraian beserta contoh-contoh dan ilustrasi yang terkait dengan uraian, latihan soal-soal yang harus diselesaikan mahasiswa, baik sebagai latihan di dalam kelas (acara tatap muka), maupun tugas untuk dikerjakan di rumah, rangkuman dari keseluruhan penyajian. B.1. Uraian 1.1. Definisi dan Pengertian Untuk dapat memahami dasar fisika radiasi dengan lebih baik, terlebih dahulu perlu dikenal beberapa macam pengertian yang sangat dasar berikut ini. 1. Atom. Atom adalah bagian terkecil materi yang masih memiliki sifat dasar materi tersebut. Atom mempunyai ukuran sekitar 10-8 cm atau m atau 1 angstrom. Atom dibedakan berdasarkan jenis unsur sesuai dengan simbol kimia seperti terdapat pada tabel periodik. 2. Inti Atom. Inti atom adalah bagian mungil di tengah atom, merupakan bagian dari atom yang memiliki massa terbesar dan berukuran sekitar cm atau 10-4 angstrom. Hampir semua inti atom tersusun dari dua jenis partikel yang disebut proton dan neutron. 3. Bilangan Avogadro. Bilangan Avogadro adalah bilangan yang menyatakan jumlah atom dalam satu gram atom atau jumlah molekul di dalam satu gram molekul zat. Bilangan Avogadro lazim dituliskan dengan simbol NA dengan, NA = 6,023 x atom/gram atom = 6,023 x atom/gram molekul sehingga jumlah atom dari suatu unsur dengan massa m gram, dapat dinyatakan oleh rumus, N = 4. Satuan Massa Atom (sma). Oleh karena massa suatu atom, inti atom dan partikel-partikel penyusun inti atom adalah sangat kecil, maka lazimnya massa tersebut dinyatakan dalam satuan yang ukurannya sangat kecil yang disebut 'satuan massa atom'. Setiap satu mol zat mengandung 6,023 x molekul atau atom (Bilangan Avogadro) dan berat 1 mol zat dinyatakan dalam gram sama dengan berat molekul/atomnya. Dalam Kongres Tenth General Assembly of the Union of Pure and Applied Physics tahun 1960 telah ditetapkan massa atom 6 C 12 sebagai standar. Untuk 6 C 12, 1 mol = 12 gram. Oleh karena itu berat 1 atom : Universitas Gadjah Mada 2

3 12 g/mol : 6,023 x atom/mol = 1,99 x g Jadi, 1 sma = 1/12 x massa 6 C 12 = 1/12 x 1,99 x = 1,66 x g 5. Elektron. Elektron ditemukan pertama kali secara eksperimental oleh J.J. Thompson pada tahun Elektron merupakan sebuah partikel yang bermuatan listrik negatif sebesar, e = 1,6022 x Coulomb dan memiliki massa sebesar, m e = 0, sma = 9,1091 x 10' 31 kg 6. Proton. Proton ditemukan secara eksperimental oleh C.D. Anderson pada tahun Dibandingkan dengan elektron, proton memiliki muatan yang besarnya sama, namun berlawanan tanda, sedang massanya jauh lebih besar, m p = 1, sma = 1,6725 x kg Bersama-sama dengan neutron, proton merupakan partikel penyusun inti atom, kecuali pada atom hidrogen yang inti atomnya hanya terdiri dari sebuah proton saja. 7. Neutron. Neutron ditemukan oleh Chadwick pada tahun Dibandingkan terhadap proton, neutron memiliki massa yang hampir sama namun tidak bermuatan listrik. Neutron merupakan partikel yang tidak bermuatan dengan massa sebesar, m n = 1, sma = 1,6748 x 10 7 kg Sebagai partikel penyusun inti atom, proton dan neutron disebut pula neuklon. 8. Elektron Volt (ev). Elektron volt merupakan satuan energi ukuran kecil yang akan banyak dijumpai dalam fisika radiasi. Satu elektron volt (ev) adalah energi yang diperoleh elektron setelah melintasi beda potensial satu volt di dalam medan listrik. Jadi, 1 ev = 1,602 x Joule Di samping ev, sering digunakan pula kilo elektron volt (kev) dan mega elektron volt (MeV), yaitu: 1 kev = 10 3 ev 1 MeV = 10 3 kev = 10 6 ev 9. Kesetaraan antara Massa dan Energi. Universitas Gadjah Mada 3

4 Menurut teori relativitas Einstein (1905), massa tidak lain adalah suatu bentuk energi yang sangat padat atau mampat, dan dinyatakan oleh rumusnya yang terkenal, E = mc 2 dengan, m = massa bends c = kecepatan rambat cahaya di dalam ruang hampa = 3 x 10 8 m/detik Berdasarkan rumus di atas, maka massa sebesar 1 sma adalah setara dengan energy sebesar, E = (1,66 x kg) x (3 x 10 8 m/detik) 2 = 14,94 x Joule = 931 MeV 10. Radiasi Elektromagnetik. Radiasi elektromagnetik memancarkan gelombang elektromagnetik. Menurut Max Planck (1960) pemancaran energi radiasi elektromagnetik dari sumbernya tidak berlangsung secara kontinyu melainkan secara terputus (diskrit), merupakan paket-paket yang harganya tertentu yang disebut kuanta. Besar energi setiap kuanta adalah bergantung pada frekuensi gelombang menurut rumus, E = hv = h c/ dengan, E = energi dalam Joule h = konstanta Planck (= 6,6262 x 10 4 Joule detik) v = frekuensi (siklus/detik atau gelombang/detik) = panjang gelombang dalam meter Selanjutnya dari keberhasilan Einstein (1905) menggunakan teori kuanta untuk menerangkan mekanisme terjadinya efek fotolistrik, ditarik kesimpulan bahwa kuanta juga memiliki massa efektif yang selanjutnya dikenal sebagai foton. Besarnya massa efektif dari foton adalah, m = hv / c 2 Kebanyakan spektrum radiasi elektromagnetik tidak terlihat mata, kecuali radiasi elektromagnetik dalam batas panjang gelombang antara 4000 angstrom sampai 7000 angstrom, yaitu spektrum cahaya yang dapat dilihat mata. Adapun spektrum dari berbagai macam radiasi elektromagnetik yang tidak terlihat mata, antara lain: sinar kosmik, sinar-y, sinar-x, gelombang radio, TV, radar. Universitas Gadjah Mada 4

5 Gambar I.1. Spektrum elektromagnetik Universitas Gadjah Mada 5

6 1.2. Struktur Atom dan Inti Atom. 1. Simbol Atom dan Nuklida. Suatu gabungan dari nukleon-nukleon tertentu yang merupakan inti atom unsur tertentu disebut nuklida. Atom dan nuklida dibedakan sesuai dengan lambang kimianya (nama unsur kimianya). Salah sate eara untuk menyatakan simbol atom dan nuklida adalah sebagai berikut, AZ x dengan, A = nomor massa atom atau nuklida, yang menyatakan jumlah proton dan neutron dalam inti atom, Z = nomor atom nuklida, yang menyatakan jumlah proton dalam inti atom; pada atom yang netral (tidak bermuatan listrik) Z sama dengan jumlah elektron yang mengitari inti atom, X = lambang kimia atom unsur. Sekalipun lambang kimia unsur dibedakan dengan nomor atomnya, tetapi suatu unsur dapat memiliki atom-atom dengan massa yang berbeda. Dari sini timbul pengertian, a. Isotop, adalah nuklida-nuklida dengan nomor atom (Z) sama tetapi berbeda nomor massanya (A). isotop-isotop memiliki jumlah proton yang sama di dalam intinya tetapi berbeda jumlah neutronnya. Contoh : 29Cu 63, 29 Cu 65 b. Isoton, adalah nuklida-nuklida dengan jumlah neutron (N) yang sama tetapi berbeda nomor atomnya (Z). Contoh : 12Mg 26, 13Al 27, 14 Si 28 c. Isobar, adalah nuklida-nuklida dengan nomor massa (A) yang sama tetapi berbeda nomor atomnya (Z). Contoh : 14Si 31, 15 P 31, 16 S Model Atom Bohr Untuk mengenal secara singkat struktur atom dan inti atom, dewasa in telah dapat diterima bahwa atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan sejumlah elektron yang mengitari inti atom di dalam orbit-orbit tertentu, yang oleh Bohr orbit-orbit tersebut dinamai orbit K (n = 1), orbit L (n = 2), orbit M (n = 3), dan seterusnya, seperti diperlihatkan pada Gambar 1.2. dan dikenal dengan model atom Bohr. Selanjutnya oleh Bohr didapatkan bahwa, a. Elektron yang mengitari inti atom di dalam orbit lingkaran tertentu tidak memancarkan radiasi. Orbit yang demikian disebut orbit stationer atom, Di dalam orbit tersebut elektron memiliki energi tertentu, yang alzim disebut. Universitas Gadjah Mada 6

7 b. Apabila terjadi transisi elektron dari suatu orbit ke orbit lain, maka akan disertai radiasi elektromagnetik dengan frekuensi n yang ditentukan dari, hv = i - f Jika i > f, terjadi pemancaran energi radiasi, namun jika 1 < f terjadi penyerapan energi radiasi. Gambar 1.2. Model atom Bohr Radiasi elektromagnetik yang dihasilkan sebagai akibat perpindahan elektron dari orbit yang lebih luar menuju ke orbit yang lebih dalam dikenal pula sebagai 'sinar-x karakteristik'. Besarnya energi sinar-x karakteristik ditentukan oleh jenis atom serta tergantung pada jenis orbit elektron, mula-mula tinggai dan jenis orbit di mana kemudian elektron berpindah. Beberapa nama sinar-x karakteristik berkaitan dengan jenis orbit dapat dilihat pada Gambar 1.3. Universitas Gadjah Mada 7

8 Gambar 1.3. Nama sinar-x karakteristik berkaitan dengan jenis orbit Analisis dengan menggunakan sinar-x karaketristik dewasa ini memiliki penggunaan yang sangat luas berkaitan dengan penentuan konsentrasi dari komposisi material. Ikatan elektron di dalam orbit ditimbulkan oleh gaya tarik elektrostatik antara elektron dengan inti atom. Sedang proton dan neutron di dalam inti terikat oleh gaya-gaya yang sangat kuat yang disebut gaya inti. Gaya ini tidak tergantung pada jenis nukleon. Gaya ini bekerja dalam jarak yang sangat pendek sekitar m atau 1 fermi. Oleh karena ikatan elektron di dalam atom relatif lemah maka elektron mudah dipindahkan dari etom yang netral. Demikian pula atom dapat memperoleh tambahan elektron. Peristiwa tersebut disebut ionisasi dan atom yang tidak netral lagi karena kekurangan atau kelebihan elektron disebut ion. Pada perpindahan elektron dari atom, akan terbentuk sepasang ion yaitu elektron bebas dan atom yang bermuatan positif atau ion positif. 3. Stabilitas Intl. Apabila digambarkan nuklida stabil dari unsur-unsur di alam dalam suatu diagram antara N (jumlah neutron) dan Z (jumlah proton) akan diperoleh kurve seperti pada Gambar 1.4. Pada gambar tersebut terlihat bahwa nuklida dengan Z < 20 bersifat stabil, nuklida memiliki jumlah neutron dan jumlah proton yang hampir sama atau N/Z = 1, sedangkan nuklida stabil dengan Z > 20 atau N > 20, memiliki jumlah neutron yang lebih besar daripada jumlah protonnya, atau N/Z > 1. Universitas Gadjah Mada 8

9 Sebagai contoh, 6C 12 memiliki N = 6, Z = 6 20X 48 memiliki N = 28, Z = 20 (stabil) 83X 209 memilki N = 126, Z = 83 (stabil) atau N/Z > 1,5 Keadaan ini mudah dimengerti mengingat antara proton dengan proton di dalam inti terdapat gaya tolak elektrostatik, sehingga dengan jumlah proton lebih dari 20, membutuhkan jumlah neutron yang lebih banyak untuk dapat menghasilkan gaya tarik guna mempertahankan stabilitas nuklida. Namun mengingat bahwa daerah gaya tank ini ada batasnya, gaya tank yang kuat hanya pada interaksi nukleon-nukleon yang berdekatan, sedang gaya tolak elektrostatik Coulomb dapat bekerja dengan semua proton di dalam inti, maka pengaruh penambahan neutron untuk mempertahankan stabilitas inti ada batasnya. Batas tersebut terjadi pada isotop Bismuth, nuklida 83 Bi 209, yaitu nuklida paling berat yang stabil. Nuklida-nuklida lain dengan Z > 83 dan A > 209 adalah nuklida yang tidak tabil dan secara spontan akan melakukan disintegrasi (peluruhan) menuju nuklida stabil lengan memancarkan sinar radioaktif Radioaktivitas dan radiasi. 1. Jenis peluruhan. Universitas Gadjah Mada 9

10 Pada Gambar 1.4. tampak bahwa lokasi nuklida-nuklida stabil pada diagram N-Z membentuk lokasi yang sangat teratur, yang secara pendekatan dapat dikatakan membentuk kurve stabilitas nuklida mulai dari N/Z = 1 untuk nuklida ringan hingga N/Z > 1,5 untuk nuklida berat. Nuklida-nuklida tidak stabil baik yang terdapat di slam maupun yang diproduksi melalui suatu proses pembuatan, terdapat di atas atau di bawah kurve stabilitas nuklida. Nuklidanuklida tidak stabil ini akan melakukan peluruhan untuk menuju pada lokasi stabilitas nuklida dengan memancarkan sinar-sinar radioaktif, sehingga dinamakan pula nuklida radioaktif. Jika dilihat dari lokasi nuklida tidak stabil dalam diagram N-Z dan jenis sinar radioaktif yang dipancarkan, dikenal 3 macam peluruhan (Gambar I.5a.). Gambar I. 5a. Kurve stabilitas dan lokasi nuklida tidak stabil pada diagram N-Z. 1.a. Peluruhan alpha ( ). Pada peluruhan dipancarkan sinar yang terdiri dari partikel, yaitu partikel yang bermuatan listrik positif yang terbentuk di dalam inti atom dan terdiri dari dua proton dan dua neutron. Oleh karena partikel memiliki sifat-sifat yang sama dengan inti helium maka secara simbolik dinyatakan dengan 2 He 4. Nuklida radioaktif yang melakukan peluruhan akan kehilangan dua proton dan dua neutron dan membentuk nuklida baru. Apabila nuklida radioaktif sebelum melakukan peluruhan secara simbolik dinyatakan dengan Z X A, maka setelah melakukan peluruhan nuklida tersebut menjadi nuklida baru yang secara simbolik dinyatakan dengan Z-2 X A-4. Peristiwa peluruhan ini dapat dituliskan secara simbolik melalui reaksi inti sebagai berikut,, ZX A Z-2 Y A Universitas Gadjah Mada 10

11 Apabila peristiwa peluruhan a ini ditelaah melalui diagram N-Z (Gambar 1.5a.), maka mudah dipahami bahwa lokasi nuklida bare ini di dalam diagram N-Z akan bergeser dua satuan ke kiri dan dua satuan ke bawah menuju pada kurve stabilitas nuklida sesuai dengan perubahan harga N/Z nuklida tersebut. Jadi dari nuklida radioaktif yang berada di bawah garis stabilitas nuklida, melalui peluruhan a dimungkinkan terbentuk nuklida stabil. 1.b. Peluruhan beta ( ). Pada peluruhan, dari inti atom dipancarkan sinar dapat dibedakan dua macam sinar, yaitu sinar - terdiri dari partikel - yang sifat-sifatnya sama dengan elektron dan sinar ` terdiri dari partikel ` yang sifat-sifatnya sama dengan elektron tetapi bermuatan listrik positif sebesar muatan elektron, disebut positron. Partikel - secara simbolik dinyatakan sebagai -1e 0 dan partikel + secara simbolik dinyatakan sebagai +1 e 0, sehingga peristiwa peluruhan dapat dituliskan secara simbolik melalui reaksi inti sebagai berikut, Peluruhan - : zx A Z-1 Y A + -1 e 0 Peluruhan + : zx A Z-1Y A + +1 e 0 Jadi pada peluruhan - nuklida radioaktif z X A berubah menjadi nuklida z-1 X A atau di dalam nuklida tersebut terjadi penambahan satu proton dan pengurangan satu neutron, sehingga dikatakan bahwa pada peluruhan - di dalam nuklida terjadi perubahan neutron menjadi proton. Sedangkan pada peluruhan +, nuklida z X A berubah menjadi nuklida z-1 X A atau di dalam inti tersebut terjadi pengurangan satu proton dan penambahan satu neutron, sehingga dikatakan bahwa pada peluruhan + di dalam nuklida terjadi perubahan proton menjadi neutron. Apabila peluruhan ini ditelaah melalui diagram N-Z (Gambar I.5a.), maka mudah dipahami bahwa pada peluruhan + lokasi dari nuklida baru di dalam diagram N-Z bergeser satu satuan ke bawah dan satu satuan ke kanan dan pada peluruhan - lokasi nuklida baru di dalam diagram N-Z bergeser satu satuan ke atas dan sate satuan ke kiri. Dengan demikian nuklida radioaktif yang berada di sebelah kiri kurve stabilitas nuklida, melalui peluruhan - berubah menjadi nuklida stabil. Demikian pula nuklida radioaktif yang berada di sebelah kanan kurve stabilitas nuklida, melalui peluruhan + dimungkinkan berubah menjadi nuklida stabil. 1.c. Peluruhan Gamma ( ). Peluruhan memancarkan sinar yang merupakan radiasi elektromagnetik. Peluruhan terjadi pada nuklida yang berada dalam keadaan tereksitasi yaitu nuklida yang memiliki tingkat energi di atas tingkat terendahnya (tingkat dasar atau ground state). Tingkat energi dasar nuklida adalah energi ikat total dari nuklida stabil. Universitas Gadjah Mada 11

12 Nuklida tereksitasi biasanya terjadi dari nuklida yang melakukan peluruhan α atau, dan untuk mencapai energi dasar atau keadaan stabil dilakukan pelepasan energi melalui peluruhan. Namun pada diagram N-Z tidak terjadi perubahan letak nuklida karena tidak terjadi perubahan jumlah proton atau neutron melainkan hanya perubahan energi. Berkenaan dengan itu, maka nuklida radioaktif yang melakukan pelurilhan y dapat dituliskan secara simbolik melalui persamaan reaksi inti sebagai berikut, ZX A Z X A + 2. Sifat Sinar Radioaktif. Beberapa sifat khusus tiga macam sinar radioaktif, yaitu pertikel α, sinar, dan foton sebagai berikut. 2.a. Sinar alpha (α). Partikel α berupa inti atom helium dan bermuatan listrik positif sebesar dua kali muatan elektron. Daya ionisasi partikel α sangat besar, kurang lebih 100 kali daya ionsiasi sinar dan kali daya ionisasi sinar. Oleh karena daya ionisasi partikel α sangat besar maka jarak jangkaunya di udara berkisar antara 3,4 hingga 8,6 cm bergantung pada energi sinar α. Karena bermuatan listrik maka berkas partikel α akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau medan listrik. Partikel α dipancarkan dari nuklida radioaktif dengan kecepatan yang bervariasi antara 1/100 hingga 1/10 kecepatan cahaya. 2.b. Sinar Beta ( ). Dapat dibedakan dua macam sinar, yaitu - yang terdiri dari elektron dan + yang terdiri dari positron. Daya ionisasi di udara 1/100 kali daya ionisasi partikel α. Kecepatan partikel yang dipancarkan oleh berbagai nuklida radioaktif terletak antara 1/100 hingga 99/100 kecepatan cahaya. Karena sangat ringan, maka partikel mudah sekali dihamburkan jika melewati medium. Partikel akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau medan listrik. 2.c. Sinar Gamma ( ). Sinar adalah radiasi elektromagnetik terdiri dari foton yang energinya besar. Sinar dipancarkan dari nuklida tereksitasi dengan panjang gelombang antara 0,005 anstrom hingga 0,5 anstrom. Universitas Gadjah Mada 12

13 Daya ionisasi di dalam medium sangat kecil sehingga daya tembusnya sangat besar dibandingkan dengan daya tembus partikel α atau. Kemampuannya untuk menghasilkan fluoresensi dan menghitamkan pelat potret lebih besar dibandingkan dengan partikel α atau. 3. Hukum Peluruhan Dari eksperimen terbukti bahwa peluruhan radioaktif memenuhi hukum eksponensial atau yang lebih dikenal dengan hukum peluruhan. Bagaimana dapat dijelaskan perolehan hukum tersebut? Hal ini dapat dijelaskan apabila peluruhan dianggap bukan merupakan kejadian yang berlangsung serentak atau bersamaan melainkan dianggap sebagai peristiwa statistik. Berdasarkan sifat statistik ini apabila sejumlah N nuklida, tak mungkin dapat diramal nuklida mana yang akan meluruh pada detik berikutnya, mengingat kebolehjadian terjadinya peluruhan dari setiap nuklida dalam waktu dt adalah, dt dengan lambda ( ) adalah suatu konstanta yang disebut konstanta peluruhan. Apabila N adalah sejumlah nuklida yang belum meluruh pada suatu saat, dn adalah sejumlah nuklida yang akan meluruh dalam waktu dt maka dapat dituliskan, dn = - dt N Sehingga, N (t) = N 0 e - t dengan, No = jumlah nuklida radioaktif pada saat t = 0 N (t) = jumlah nuklida radioaktif pada saat t Persamaan di atas dikenal sebagai Hukum Peluruhan. 4. Aktivasi Radiasi dan Satuannya. Yang dimaksud dengan aktivasi radiasi adalah besaran yang menyatakan jumlah peluruhan yang terjadi per detik. Secara simbolik biasa dinyatakan dengan A. sehingga secara matematik dapat dituliskan, A (t) = dn/dt A (t) = No e - t Dengan A (t) adalah aktivitas radiasi pada saat t. Analog dengan itu, maka A 0 yaitu aktivitas pada saat t = 0 dapat dituliskan sebagai A 0 = No Oleh karena N (t ) = No dan A (t) =?No et, maka diperoleh hubungan, A(t) = Ao e' Persamaan ini menyatakan bahwa aktivitas radiasi berkurang secara eksponensial dengan waktu (Gambar I.5b ). Universitas Gadjah Mada 13

14 Gambar I.5b. Aktivitas radiasi sebagai fungsi dari waktu (Tv2 = waktu paro) Perlu diketahui suatu besaran yang disebut waktu paro, yaitu interval waktu yang dibutuhkan sedemikian rupa sehingga aktivitas radiasi berkurang dengan separonya. Waktu paro secara simbolik biasa dituliskan dengan T 1/2. Oleh karena itu apabila t = T 1/2, maka, A (t) = A 0 / 2 Yang berarti juga, N (t) = N 0 / 2 N (t) Sehingga dapat dituliskan, A (t) /2 = A 0 e - T1/2 - In 2 = -. T 1/2 T 1/2 = In 2 / atau, T 1/2 = 0,693 / Sejak tahun 1976 dalam sistem Satuan Internasional (SI), aktivitas radiasi dinyatakan dengan satuan Becquerel (Bq) yang didefinisikan sebagai, 1 Bq = 1 peluruhan per detik sebelumnya digunakan satuan Curie (Ci) untuk menyatakan aktivitas radiasi yang didefinisikan sebagai, 1 Ci = 3,7 x peluruhan per detik dan satuan-satuan berkaitan yang lebih kecil yaitu milicurie (mci) dan mikrocurie (pci), dengan, 1 mci = Ci 1 Ci = 10-6 Ci Universitas Gadjah Mada 14

15 Mengingat bahwa satuan Becquerel adalah relatif baru, sedang satuan Curie sudah digunakan cukup lama, dalam kenyataannya sekarang kedua satuan tersebut, pada masa peralihan, masih digunakan. Hubungan antara kedua satuan tersebut adalah, 1 Ci = 3,7x Bq 1 Bq = 22,027 x Ci Tabel I.1. Awalan pada sistem metrik Kelipatan sepuluh Awalan Simbol Eksa E Penta P Tera T 10 9 Giga G 10 6 Mega M 10 3 kilo k 10 2 hekto h 10 1 deka da 10-1 desi d 10-2 senti c 10-3 mili m 10-6 mikro 10-9 nano n piko p femto f atto a Satuan Curie menyatakan jumlah peluruhan per satuan waktu. Jumlah peluruhan dapat berbeda dengan jumlah radiasi yang dipancarkan, misalnya untuk Co 60, setiap atom Co 60 memancarkan sebuah partikel dan dua sinar sehingga dalam hal ini 1 Ci dari Co 60 memancarkan 3,7 x /detik dan 7,4 x /detik. Oleh karena itu aktivitas suatu sumber radioaktif dapat dihitung secara teliti berdasarkan data eksperimental apabila skema peluruhan radioisotop tersebut diketahui. Radioisotop Cs 137 memancarkan dan, sedangkan Ra 224 memancarkan α dan (Gambar I.5c.) Universitas Gadjah Mada 15

16 Gambar I.5c. Skema peluruhan 5. Aktivitas Jenis. Aktivitas jenis unsur radioaktif didefinisikan sebagai aktivitas satu gram zat, biasanya dinyatakan dalam satuan Curie/gram. Makin pendek waktu paro unsur radioaktif, makin besar aktivitas jenisnya. Aktivitas jenis bisa dihitung dari rumus, (A) sp = N dengan N adalah jumlah atom dalam satu gram unsur radioaktif. Unsur Ra 226 dengan waktu paro 1620 tahun, maka aktivitas jenisnya adalah, (A) sp = N = 0,99 Ci/gram 1.4. Sumber Radiasi. Untuk mengenal adanya berbagai macam sumber radiasi, berikut ini secara ringkas diperkenalkan berbagai macam sumber radiasi. 1. Sumber Radiasi Alam. Sumber radiasi alam pada dasarnya dapat dibedakan ke dalam: a. Sumber radiasi yang berasal dari Benda langit di luar tata surya dalam bentuk sinar kosmik, yaitu pertikel yang energinya tinggi (10 17 ) 1H 3, 4 Be 7, 4 Be 10, 11 Na 22, 11 Na 24, 6 C 14 b. Sumber radiasi yang berasal dari unsur radioaktif yang terdapat di kerak bumi yang terbentuk sejak terjadinya bumi, misalnya 19 K 40, deret uranium, dan deret thorium. Universitas Gadjah Mada 16

17 2. Sumber Radiasi Buatan. Dewasa ini telah banyak sekali unsur radioaktif berhasil dibuat oleh manusia berdasarkan reaksi inti antara lain nuklida yang tidak radioaktif dengan neutron (di dalam reaktor atom) atau berdasarkan reaksi inti antara nuklida yang tdiak radioaktif dengan partikel cepat (di dalam alat-alat pemercepat partikel, misalnya akselerator, siklotron). Contoh sebuah reaksi inti untuk menghasilkan radionuklida adalah, 27Co n 1 27 Co 60 * 27Co 60 * 27 Co 60 + Dalam pemakaiannya, zat radioaktif sering digunakan sebagai sumber radiasi yang berkekuatan tinggi (di atas 1 kci), sebagai suatu irradiator dengan pelindung yang sangat memadai. Irradiator banyak digunakan di rumah sakit (irradiator Co 60 dan Cs 137 ) dalam industri (irradiator Co 60 ). Di samping penggunaan zat radioaktif sebagai irradiator, penggunaan zat baik sebagai sumber radiasi tertutup maupun terbuka di berbagai bidang ini sangat maju dengan pesatnya, misalnya dalam bidang kedokteran, industri, pertanian dan pertambangan. Sumber sinar yang banyak digunakan di bidang radiografi dalam industri di antaranya adalah Co 60, Ir 192, Ta 170, dan Cs 137. Ketiga sumber yang pertama dihasilkan dari yang tidak radioaktif melalui irradiasi dengan neutron di dalam reaktor atom, sedang Cs 137 dihasilkan dari reaksi pembelahan inti U 236 dengan neutron. 3. Sumber Radiasi Neutron. Sejak ditemukannya neutron oleh Chadwick pada tahun 1932, kemudian dapat dipelajari bahwa ternyata neutron dapat diperoleh melalui berbagai cara. Sebagai sumber radiasi neutron, neutron pada umumnya diperoleh dari sumber radioaktif dan'bahan target berdasarkan reaksi (α,n) atau (,n). Pada reaksi (α,n), sebagai sumber α lazim digunakan Ra 226, Po 210, Pu 239 dan Am 241, sedang sebagai bahan target sering digunakan B, Be, Li, Na atau F. Oleh karena partikel α yang dipergunakan memiliki spektrum energi yang melebar, sehingga neutron yang dihasilkan memiliki energi tinggi yang bentuk spektrumnya juga melebar dengan energi ratarata pada umumnya di atas 1 MeV. Untuk pasangan Po-B, energi neutron yang dihasilkan relatif dapat dianggap mendekati tunggal. Contoh dari reaksi inti antara α dengan berrylium adalah berlangsung melalui pembentukan inti majemuk melalui proses reaksi sebagai berikut, 4Be He 4 ( 6 C 13 )* 6 C n 1 Tanda dalam kurung menunjukkan inti majemuk dan simbol * menunjukkan bahwa inti berada dalam keadaan tereksitasi. Universitas Gadjah Mada 17

18 Dalam bentuk yang sebenarnya sebagai suatu sumber neutron, biasanya sumber α terdapat dalam bentuk serbuk yang dicampur dengan serbuk sangat halus dari bahan target, dengan campuran ini sebagai sumber radiasi neutron terkungkung dalam bentuk kapsul dan disimpan dalam sebuah kontainer. Pada reaksi (,n), sebagai sumber antara lain biasa dipergunakan Na 24, Ga 72, I 133, Sb 124, La 140, dan Ra 226. Sedang sebagai bahan target lazim dipergunakan Be atau air berat (D 2 0). Dibandingkan terhadap spektrum energi neutron yang dihasilkan berdasarkan reaksi (,n) yang spektrumnya melebar, maka energi neutron yang dihasilkan oleh foton dengan energi tunggal akan merupakan neutron energi tunggal pula. Di samping itu, sebagai radiasi neutron dapat dipergunakan pula Californium-252 atau Cf 252, yang sebenarnya meerupakan radioisotoip pemancar α yang juga melakukan pembelahan inti spontan dengan 10 kali pembelahan pada setiap 313 kali peluruhan α. Adapun waktu paronya untuk peluruhan α adalah 2,73 tahun dan untuk pembelahan spontan adalah 2,65 tahun. Energi neutron rata-rata yang dihasilkan 2,3 MeV dan neutron terbanyak adalah memiliki energi 1 MeV. 4. Pembangkit Radiasi Sinar-X. Setelah ditemukannya sinar-x oleh Wilhelm Roentgen pada tahun 1895, dewasa ini pemakaian sinar-x di bidang radiografi industri maupun di bidang kedokteran dan industrio banyak dilakujkan. Secara sederhana dapat diterangkan bahwa sinar-x dihasilkan oleh tabung sinar-x yaitu tabung gelas hampa udara yang dilengkapi dengan dua buah elektrode, yaitu anoda atau target dan katoda. Sebagai akibat interaksi antara elektron cepat yang dipancarkan dari katoda ke target dipancarkan sinar-x dari permukaan target. Dapat dibedakan dua jenis sinar-x berdasarkan proses terjadinya, yaitu i a. Radiasi yang dihasilkan akibat perlambatan berkas elektron cepat yang mengenai target disebut bremstrahlung dan menghasilkan spektrum kontinyu, b. Radiasi yang dihasilkan akibat tumbukan berkas elektron cepat dengan elektron orbit dari atom target, dikenal dengan sinar-x karakteristik yang meiliki spektrum garis. Berkenaan dengan hal itu, maka fungsi dari arus listrik yang dialirkan pada filamen yang pada gilirannya mengatur panasnya permukaan filamen akan menentukan banyaknya produksi elektron yang keluar dari filamen, yang berarti mengatur intensitas sinar-x yang dihasilkan. Adapun tegangan target akan mengatur besarnya energi elektron cepat yang mengenai target, yang berarti menentukan besarnya energi sinar-x yang dihasilkkan di samping intensitas sinar-x (Gambar 1.6.) Universitas Gadjah Mada 18

19 Gambar 1.6. Spektrum sinar-x dari perak, 1.5. Interaksi Radiasi Dengan Bahan. 1. Interaksi Partikel Bermuatan Dengan Materi. Pada interaksi partikel bermuatan dengan materi dapat dibedakan antara partikel berat bermuatan dengan partikel ringan bermuatan. Contoh partikel berat bermuatan adalah partikel α dan proton, sedangkan partikel ringan bermuatan adalah elektron dan positron. Kehilangan energi dari partikel berat bermuatan ke suatu zat yang dilaluinya berlangsung melalui tumbukan tidak elastik dengan elektron terluar atom zat tersebut. Apabila perpindahan energi cukup besar, terjadilah ionisasi, namun apabila energinya kecil hanya eksitasi yang terjadi. Di dalam udara hanya kurang lebih 30 % dari ionisasi total ditimbulkan oleh partikel α (ionisasi primer), sedang sisanya (70 %) merupakan ionisasi sekunder yaitu ionisasi yang ditimbulkan oleh elektron-elektron hasil ionisasi oleh partikel α. Apabila partikel berat bermuatan melalui suatu zat maka terbentuklah pasanganpasangan ion sepanjang jejaknya sampai akhirnya partikel tersebut berhenti karena kehilangan energinya. Oleh karena jejak partikel α lurus, maka jejaknya sama dengan panjang jangkauannya. Hal ini tidak berlaku untuk partikel-partikel ringan bermuatan. Dalam udara pada suhu 15 C dan tekanan 760 mmhg, besarnya jangkauan rata-rata untuk partikel α dengan energi 4-7 MeV memenuhi hubungan empirik, R= 0,318 E 312 dengan E dalam MeV, dan R dalam cm. Sedang untuk partikel ringan bermuatan, misalnya elektron yang bergerak melalui suatu zat atau medium, kehilangan energinya disebabkan karena dua hal, yaitu: a. ionisasi (apabila energi elektron rendah), b. bremstrahlkung (apabila energi elektron tinggi). Proses ionisasi yang terjadi di sini, seperti halnya pada proses ionisasi pada partikel berat yakni karena tumbukan tidak elastik antara elektron datang dengan elektron-elektron dari atom medium. Perbedaan yang timbul hanya disebabkan karena kedua massa partikel yang saling bertumbukan sama yakni elektron dengan elektron. Universitas Gadjah Mada 19

20 Apabila di dalam medium tersebut elektron dapat mencapai daerah medan listrik inti dari atom medium, maka elektron akan mengalami perlambatan yang berakibat terjadinya pemancaran radiasi elektromagnetik yang disebut bremstrahlung. Panjang jangkauan partikel bermuatan di dalam medium umumnya dinyatakan dalam cm 2 namun dewasa ini banyak yang lebih menyukai untuk menyatakan dalam satuan massa per satuan luas (gram/cm 2 ) untuk menggantikan jarak atau tebal. Sebagai contoh: Suatu kolom udara yang luasnya 1 cm 2 dan tebalnya 1 cm pada kondisi normal mengandung 1,29 miligram udara, sehingga 1 cm lapisan udara memiliki massa area 1,29 miligram/cm 2. Hubungan antara jarak jangkauan elektron dengan energi di dalam alumunium adalah: R (gram/cm 2 ) = 0,4072 E maks, untuk 0,15 MeV < E maks < 0,8 MeV dan R (gram/cm 2 ) = 0,542 E maks - 0,133, untuk E maks > 0,8 MeV 2. Interaksi Sinar-X dan Sinar y Dengan Materi Kehilangan energi dari sinar-x dan sinar y pada saat melewati suatu materi (zat) terjadi karena tiga proses utama, yaitu: a. efek Fotolistrik, b. efek Compton, c. efek Produksi Pasangan. Efek fotolistrik dan efek Compton timbul karena interaski antara Sinar-X atau sinar dengan elektron-elektron dalam atom dari materi (zat) itu, sedang efek produksi pasangan timbul karena interaksi dengan medan listrik inti atom. Apabila I 0 adalah intensitas sinar-x atau sinar yang datang pada suatu permukaan materi (zat), dan I x adalah intensiats sinar-x atau sinar yang berhasil menembus lapisan setebal x materi tersebut, maka akan terjadi pengurangan intensitas. Hubungan antara I 0 dengan I x adalah sebagai berikut, I x = I o e - x dengan sebagai koefisien absorpsi linier. Oleh karena tidak memiliki satuan, maka jika x dinyatakan dalam cm haruslah dinyatakan dalam 1/cm atau cm -1. Seringkali lebih disukai untuk menggantikan x dengan (ρx) dan dinyatakan dalam gram/cm 2 yaitu yang menyatakan massa dari lapisan tebal x dengan penampang 1 cm 2. Sedangkan. digantikan menjadi ( /ρ) dan dinyatakan dalam cm 2 /gram dan disebut koefisien absorpsi massa. Universitas Gadjah Mada 20

21 Rumus di atas banyak digunakan dalam perhitungan perencanaan pelindung radiasi. Apabila tebal x dipilih sedemikian rupa sehingga I X = 1/2 I o, maka x = x 1/2 dan disebut tebal lapisan separo harga atau half value layer (HVL). Hal ini berarti juga apabila x = 2 x 1/2 maka, I X = 1/2 (I 0 /2) = I 0 /A Apabila x = 3 x 1/2, maka I 0 = I x / 8, dan seterusnya. Mengingat penyerapan energi sinar-x dan sinar ditentukan oleh tiga proses utama, yakni fotolistrik, efek Compton dan efek produksi pasangan, maka koefisien linier juga ditentukan oleh ketiga proses tersebut, sehingga dituliskan, t = n + c + p dengan t adalah koefisien absorpsi total, sedangkan n, c dan p masing-masing adalah koefisien absorpsi yang disebabkan oleh efek fotolistrik, efek Compton, dan efek produksi pasangan. Dalam uraian berikut ini akan dijelaskan ketiga proses utama penyerapan energi radiasi sinar-x dan sinar oleh materi (zat) yang dilaluinya. a. Efek Fotolistrik. Pada efek fotolistrik (Gambar I.7a.), energi foton diserap oleh atom, yaitu oleh elektron, sehingga elektron tersebut dilepaskan dari ikatannya dengan atom. Elektron yang dilepaskan oleh efek fotolistrik disebut fotoelektron. Proses efek fotolistrik terutama terjadi pada foton yang berenergi rendah yaitu antara energi 0,01 MeV hingga 0,5 MeV. Bila energinya kecil, hamburan Compton. b. Hamburan Compton. Pada efek Compton (Gambar I.7b.) foton dengan energi hv 1 berinteraksi dengan elektron terluar dari atom, selanjutnya foton dengan energi hv 1 dihamburkan dengan elektron tersebut dilepaskan dari ikatannya dengan atom dan bergerak dengan energi kinetik tertentu. Berdasarkan energi foton yang dihamburkan E, terhadap energi foton mula-mula E, adalah, E = E / 1-1,96 E (1 - cos θ) Universitas Gadjah Mada 21

22 Gambar I.7.a. Efek Fotolistrik Universitas Gadjah Mada 22

23 Gambar I.7.b. Efek Compton c. Efek Produksi Pasangan Proses produksi pasangan (Gambar I.7c.) hanya terjadi bila energi datang 1,02 MeV. Apabila foton semacam ini mengenai inti atom berat, foton tersebut lenyap dan sebagai gantinya timbul sepasang elektron-elektron. Positron adalah partikel yang massanya sama dengan elektron dan bermuatan listrik positif yang besarnya juga sama dengan muatan elektron. Proses ini memenuhi hukum kekekalan energi, hv1 = (2 m o c 2 ) + (K + ) + (K - ) dengan K + adalah energi kinetik posiotron, dan K - sebagai energi kinetik elektron. Oleh karena proses ini hanya bisa beringsung bilamana energi foton yang datang minimal 2 m o c 2 (1,02 MeV), dan mo adalah massa diam elektron dan C adalah kecepatan cahaya. Gambar I.7c. Proses produksi pasangan Universitas Gadjah Mada 23

24 Berkaitan dengan uraian ini maka nilai atau besaran koefisien absorpsi linier akan bergantung pada energi foton yang datang, disamping bergantung pada jenis media/materi/zat yang dilaluinya. Pada Gambar 1.8. diperlihatkan salah satu contoh kurve hubungan antara koefisien absorpsi linier dari timah hitam dalam hubungannya dengan energi foton sinar-x atau sinar. Pada gambar tersebut terlihat bahwa di dalam timah hitam untuk foton dengan energi kurang dari 1,02 MeV, koefisien absorpsi linier total hanya ditentukan oleh proses fotolistrik dan efek Compton dan pada energi sangat tinggi (di atas 10 MeV) hanya ditentukan oleh proses produksi pasangan. Gambar 1.8. Koefisien absorpsi total foton di dalam timah hitam d. Emisi Sekunder. Emisi sekunder dapat juga terjadi pada efek fotolistrik. Pertama, karena energinya besar, elektron yang dilepaskan adalah elektron dari orbit yang lebih dalam pada unsur bernomor atom besar, maka lowongan elektron ini akan diisi elektron dari orbit yang lebih luar. Apabila pelepasan elektron terjadi pada orbit K, maka transisi ini akan disertai dengan emisi foton dengan berbagai karakteristik berupa sinar-x karakteristik yang dikenal dengan 'radiasi fluoresensi'. Kedua, kadang-kadang foton ini menumbuk elektron dari orbit yang lebih luar dari atom dan melepaskan elektron ini. Elektron tersebut memiliki energi kinetik yang sama dengan energi sinar-x karakteristik dikurangi dengan energi ikat elektron tersebut orbitnya dan disebut elektron Auger. Universitas Gadjah Mada 24

25 Gambar 1.9. Proses terjadinya Elektron Auger 3. Interaksi radiasi Neutron dengan Bahan. Oleh karena neutron tidak bermuatan, maka interaksinya dengan elektron-elektron dalam atom dapat diabaikan. Kehilangan energi neutron yang melalui suatu bahan terutama disebabkan oleh tumbukan elastik, tumbukan inelastik dan transmutasi. Oleh karena itu tumbukan inelastik tidak begitu memegang peran (kecuali pada neutron yang tinggi dan bahan yang memeiliki Z tinggi), maka tumbukan elastik dianggap sering dijimpai. Energi neutron setelah mengalami tumbukan elastik adalah, E = {E o (M 2 A + 2 M A cos Q + 1)} : {(M A + 1) 2 } dengan E o adalah energi neutron datang, maka M A adalah massa inti bahan dan Q = 180 (tumbukan sentral). Sedang untuk Q tertentu, kehilangan energi menjadi besar apabila M A kecil. Jadi bahan pelindung radiasi neutron yang baik terdiri dari zat yang mengandung banyak tumbukan menjadi dengan proton (Ma = 1), maka, E = 1/2 E o (1 + cos Q) dan apabila Q = 180 maka E = 0. Jadi seluruh energi neutron diberikan pada proton tersebut. B.2. Latihan Untuk latihan ada yang dikerjakan di rumah, ada yang secara bersama-sama dikerjakan di dalam acara tatap muka. Umpan balik dilakukan dengan cara diskusi pada saat acara tatap muka, atau dengan cara menempel hasil dan komentar-komentar di papan pengumuman. Soal-soal untuk latihan antara lain sebagai berikut. 1. Sebutkan macam dan sifat radiasi yang dipancarkan oleh inti radioaktif. 2. Sebutkan sifat perbedaan dan kemiripan partikel beta dan positron. 3. Tulis persamaan yang setara untuk reaksi peluruhan nuklir di bawah ini, a. Emisi alfa oleh 5 B 11 Universitas Gadjah Mada 25

26 b. Emisi beta oleh 38 Sr 98 c. Absorpsi neutron oleh 47 Ag 107 d. Emisi neutron oleh 35 Br 88 e. Absorpsi elektron oleh 51 Sb 116 f. Emisi positron oleh 33 As 70 g. Emisi proton oleh 19 K Tentukan X dari perisitiwa berikut ini, a. 48Cd Ag X a. 86Rn Po X b. 20Ca 47 21SC 47 + X 5. Cobalt-60 mempunyai waktu paro 5,26 tahun; jika 1 Ci Co-60 meluruh, berapa aktivitas Co-60 yang sisa setelah, a. Satu waktu paro b. Tiga waktu paro c. Lima waktu paro 6. Tetapan laju untuk peluruhan Ca-45 adalah 4,23 x 10-3 hari -1, hitung waktu paronya. 7. Jelaskan satuan berikut ini: a. becquerel, b. curie, c. keaktifan jenis. 8. Apa arti penting dari pita kestabilan. Proses apa yang terjadi pada nuklida yang mempunyai perbandingan N/Z di atas pita kestabilan? 9. Hitung berapa persen cuplikan Co-60 yang tinggal setelah 3 tahun, jika waktu paro Co-60 adalah 5,26 tahun. 10. Waktu paro C-14 adalah 5730 tahun, dan dalam materi hidup laju peluruhannya 15 disintegrasi per menit gram. Suatu benda kayu dari zaman purba mempunyai laju peluruhan disintegrasi per menit gram. Berapakah umur benda purbakala ini? B.3. Rangkuman Universitas Gadjah Mada 26

27 1. Dasar fisika radiasi merupakan salah ilmu pengetahuan di bidang nuklir yang banyak dipakai untuk menerapkan teknologi nuklir yang dewasa ini semakin berkembang maju. 2. Pada awal mempelajari Proteksi Radiasi dan Keselamatan Kerja tidak akan lepas selalu menggunakan dasar-dasar fisika radiasi sebagai modal utama agar pengetahuan tersebut berkembang terus. 3. Dengan mempelajari dasar-dasar fisika radiasi, seorang mahasiswa (khususnya mahasiswa Program Studi Teknik Nuklir), harus tahu betul kapan dapat diterapkan konsep dasar fisika radiasi, dan kapan mau tidak mau harus digunakan konsep dasar fisika radiasi dalam penerapan teknologi nuklir. C. PENUTUP Bagian penutup terdiri dari 3 bagian utama, yaitu tes formatif, umpan balik, dan kunci jawaban tes formatif. C.1. Tes Formatif Berikut diberikan contoh tes formatif untuk materi Dasar Fisika Radiasi. Petunjuk : Untuk soal nomor 1 sampai dengan 5, pilihlah satu jawaban yang paling tepat. 1. Nuklida-nalclida Si 30, P 31, dan S 32, merupakan nuklida-nuklida yang bersifa sebagai, A. isobar C. isoton B. isomer D. isotop 2. Dalam peristiwa Ra 226 Rn X, dikatakan Ra 226 sebagai emiter, A. alfa C. beta negatron B. foton gamma D. beta positron 3. Notasi dalam tanda kurung pada reaksi nuklir N 14 (...,...)O 17 adalah, A. (neutron, alfa) C. (alfa, neutron) B. (proton, alfa) D. (alfa, proton) 4. Suatu deret radionuklida yang mempunyai nuklida anak stabil Bi 209 adalah, A. deret aktinium C. deret torium Universitas Gadjah Mada 27

28 B. deret neptunium D. deret uranium 5. Pada Conference General des Poids et Mesures ke-15 telah dibuat satuan baru untuk aktivitas radionuklida, ialah becquerel (Bq). Dalam hal ini. 1 Bq setara dengan, A. 3,7 x Ci C. 2,703x Ci B. 3,7 x Ci D. 2,703 x Ci Petunjuk: Untuk soal nomor 6 sampai dengan 10, jawablah dengan ringkas dan tepat. 6. Salah satu cara untuk menerangkan kestabilan inti adalah berdasarkan angka banding proton-neutronnya. Bicarakan hal ini. 7. Jika umur paro Bi 210 adalah 5,0 hari, maka tentukan tetapan peluruhannya. 8. Suatu nuklida radioaktif mempunyai waktu paro 50 menit. Suitu cuplikan aktivitas 640 Bq meluruh selama 100 menit. Berapa Bq cuplikan yang tinggal. 9. Unsur fransium merupakan pemancar partikel beta sesuai dengan persamaan, 87Fr Ra e - Waktu paronya 21 menit. Jika mula-mula ada 0,160 g fransium, maka setelah 105 menit jumlah radium yang dihasilkan ada berapa gram. 10. Dengan anggapan bahwa Bumi dan uranium alam mula-mula terjadi pada waktu yang sama, maka tentukan umur Bumi dengan hukum peluruhan, dengan ketentuan, uranium alam terdiri dari U 238 dan U 235 berkomposisi: U 238 = 99,3 %, dengan t 1/2 = 4,49 x 109 tahun U 235 = 0,7 %, dengan t 1/2 = 7,13 x 108 tahun. Universitas Gadjah Mada 28

29 C.2. Umpan Batik Umpan balik di sini, adalah umpan balik hasil belajar mahasiswa; seberapa jauh mahasiswa telah dapat menyerap materi kuliah (Dasar Fisika Radiasi) yang telah diberikan oleh pengampu (dosen). Tes formatif diberikan untuk mernperkirakan keberhasilan mahasiswa dalam menyerap materi kuliah (Dasar Fisika Radiasi) yang telah diterimanya. Keberhasilan mahasiswa menyerap materi kuliah dilihat dari hasil/nilai tes formatif. Untuk dapat menyelesaikan tes formatif dengan baik, selain mahasiswa mengikuti kuliah, mereka juga harus telah menyelesaikan soal-soal latihan dan mengerjakan tugas-tugas yang diberikan, termasuk membaca/mempelajari bahan acuan yang diwajibkan. Hasil tes formatif ini sebaiknya juga dimanfaatkan oleh dosen, untuk meninjau ulang bagaimana jalannya proses belajar-mengajar selama ini. C.3. Kunci Tes Formatif Berdasar hasil formatif, dosen maupun mahasiswa dapat menentukan langkah selanjutnya atau tindakan yang perlu dikerjakan (mengulang kembali, menambah latihan, membaca bahan acuan lebih cermat, atau melanjutkan ke materi berikutnya). Untuk menentukan langkah tersebut diadakan diskusi antara mahasiswa dan dosen yang bersangkutan. Kunci tes formatif ini memberikan kata-kata kunci jawaban tes formatif, sedangkan jawaban secara lengkap supaya disusun sendiri oleh mahasiswa. Kunci tes formatif 1. C; 2. A; 3. D; 4, B; 5. A; 6. Ingat pita kestabilan, dan ratio ciari N/Z; 7. Ingat hubungan waktu paro dengan tetapan peluruhannya; 8. Ingat hubungan aktivitas sekarang dengan mula-mula, memperhatikan hubungan waktu paro dengan tetapan peluruhan, dan tentukan sisa yang masih ada sesuai waktunya; 9. Setelah memperhatikan mekanisme reaksi yang ada, kemudian dicari hubungan aktivitas sekarang dengan yang semula, sehingga nuklida yang terbentuk dapat dihitung, 10. Dengan menggunakan ratio antara U 238 dan U 235 yang ada, dan setelah memperhatikan waktu paro yang dimilikinya, maka dapat dihitung umur Bumi. Universitas Gadjah Mada 29