FISIKA ATOM & RADIASI

Transkripsi

1 FISIKA ATOM & RADIASI Atom bagian terkecil dari suatu elemen yang berperan dalam reaksi kimia, bersifat netral (muatan positif dan negatif sama). Model atom: J.J. Thomson (1910), Ernest Rutherford (1911), dan Niels Bohr (1913). Model Atom Thomson Model Atom Rutherford Model Atom Bohr Sumber: 1

2 Konsep gerak dan lintasan elektron 1. Elektron bergerak mengelilingi inti dengan momentum sudut sebesar : h L n n 2 n bilangan kwantum dasar yaitu 1,2,3,4 dst. konstanta Planck 6,626x 10 J dt. 2. Elektron bergerak dalam lintasan stasioner tanpa memancarkan energi. 3. Elektron dapat pindah dari lintasan satu ke lintasan yang lain sambil memancarkan atau menyerap energi berupa gelombang elektromagnetik sebesar : E h.f E perbedaan energi antara kedua lintasan -34 f frekuensi gelombang elektromagnetis yang dipancarkan atau diserap Inti Atom Atom terdiri dari : - + Massa 1 elektron = 9,1 x gram Massa 1 proton = 1,67 x gram Massa 1 neutron = massa 1 proton Elektron Proton Neutron Inti atom terdiri dari proton dan neutron. Jumlah proton (Z) sama dengan jumlah elektron mengelilingi inti. Jumlah neutron dinyatakan dengan N, jumlah nukleon (partikel inti) A = Z + N Notasi penulisan nukleon atom X ditunjukkan : A Z X 2

3 Radioaktif Inti radioaktif unsur inti yang mempunyai sifat memancarkan sinar tak tampak, alfa, beta atau gamma. Becquerel, tahun 1896 senyawa uranium memancarkan sinar tak tampak yang dapat menembus bahan yang tidak tembus cahaya serta mempengaruhi emulsi fotografi. Marie Currie, tahun 1896 inti uranium dan beberapa unsur lain memancarkan salah satu partikel alfa, beta atau gamma. Sinar Alfa Partikel yang dipancarkan oleh sebuah inti yang terdiri dari 4 buah nukleon yaitu 2 proton dan 2 neutron, merupakan inti helium. Memiliki daya tembus sangat kecil, dalam udara sejauh 4 cm dengan energi 5,3 MeV. Jika terjadi tumbukan, partikel alfa kehilangan energi 100 MeV, partikel akan menangkap 2 elektron menjadi helium netral saat energinya 1 MeV. Hubungan antara energi dengan jarak tembus partikel alfa : E 2,12 R 2/3 E Energi (MeV) R jarak tembus dalam (Cm) 3

4 Sinar Beta Merupakan partikel yang dilepas atau terbentuk pada suatu nukleon inti. Dapat berupa elektron bermuatan negatif (negatron), bermuatan positif (positron) atau elektron cupture (penangkapan elektron). Memiliki energi 0,01 MeV 3 MeV, dengan daya tembus 100 kali lebih jauh dari sinar alfa. Partikel alfa dengan energi 1 MeV dapat menembus air 0,4 Cm. Menyebabkan kenaikan tingkat energi pada atom yang dilaluinya (pengion). Jarak tembus beta positron hampir sama dengan beta negatron. Positron dapat mendekati elektron atom atau bahkan menyatu dan berubah menjadi sinar gamma (proses anhiliasi) Hubungan energi dengan jarak tembus : R 0,543E - 0,160 E energi maksimum (MeV) 2 R Jarak tembus (gram/cm ) Neutron Partikel tidak bermuatan listrik yang dihasilkan dalam rekator nuklir. Mempunyai energi tapi tidak mengionisasi. Pengurangan energi, melalui: Proses hamburan (scattering). Reaksi inti membentuk inti berisotop Reaksi fisi membentuk 2 inti menengah dan beberapa neutron serta energi. Peluruhan pelapasan salah satu partikel. Pemanfaatan: untuk pengobatan tumor otak cairan Boron ditembakkan neutron dan mengalami disintegrasi inti sehingga memancarakan sinar alfa untuk menghancurkan jaringan tumor. 4

5 Proton Inti zat cair yang bermuatan positif. Digunakan dalam radio terapi untuk menghancurkan kelenjar Sinar Gamma dan Sinar X Merupakan gelombang elektromagnetik Sinar gamma hasil disintegrasi inti atom. Sinar X Merupakan sinar katoda, muncul karena adanya perbedaan potensial arus searah yang besar diantara dua elektroda dalam sebuah tabung hampa. Perbedaan tegangan antar elektroda 20 KeV 100 KeV, di klinik biasa digunakan KeV. Sifat sinar X : Menghitamkan plat film Mengionisasi gas Menembus berbagai zat Menimbulkan fluoresensi Merusak jaringan 5

6 Energi Absorbsi Penyerapan energi ke dalam materi yang disinari. Berdasarkan energi radiasi yang diserap, absorbsi dibagi dalam 3 proses yaitu : Efek fotolistrik energi radiasi diserap dan digunakan untuk melepas elektron dari ikatan inti pada kulit bagian dalam. Elektron yang dikeluarkan disebut foton elektron dan membawa energi kinetik sebesar E h f E E Energi ikatan elektron pada lintasan i o i Efek kompton energi radiasi yang terserap hanya sebagian untuk foton elektron, sisa energi terpancar sebagai scattered radiation dengan energi yang lebih rendah dari semula. Terjadi pada elektron bebas atau yang berada pada kulit terluar. Pembentukan sepasang elektron proses pembentukan positron dan elektron terjadi dengan energi radiasi yang sangat tinggi. Ionisasi dan Jenis Radiasi Ionisasi peristiwa pembentukan ion positif atau ion negatif menyebabkan kelainan atau kerusakan pada sel tubuh. Ionisasi di udara dapat digunakan sebagai dasar sistem pengukuran dosis radiasi. Jenis radiasi berdasarkan ada tidaknya ionisasi: Radiasi yang tdk menimbulkan ionisasi: sinar ungu, sinar infra merah, gelombang ultrasonik. Radiasi yang menimbulkan ionisasi: sinar alfa, sinar beta, sinar gamma, sinar X dan proton. Energi radiasi E (erg) = h x f h = konstanta Planck = 6,62 x erg detik f = frekuensi radiasi C f C kecepatan GEM 3 x 10 panjang gelombang 10 cm/detik 6

7 Radiasi Radiasi energi yang dipancarkan dalam bentuk partikel atau gelombang. Radiasi pengion jika menumbuk sesuatu menghasilkan ion (ionisasi) = radiasi nuklir. 7

8 Sumber : pengenalan_radiasi/1-1.htm Sumber Radiasi Radionuklida alami Primordial : sudah ada secara alami, memiliki umur paro panjang. Kosmogenik : hasil interaksi sinar kosmik, waktu paro pendek. Radionuklida buatan manusia 8

9 Tabel Radionuklida Primordial Nuklida Lamba ng Umur-paro Uranium 235 Uranium U 7,04x10 8 tahun 0,72% dari uranium alam Keterangan 238 U 4,47x10 9 tahun 99,2745% dari uranium alam; pada batuan terdapat 0,5-4,7 ppm uranium alam Thorium 232 Radium Th 1,41x10 10 tahu n Pada batuan terdapat 1,6-20 ppm. 226 Ra 1,60x10 3 tahun Terdapat di batu kapur Radon Rn 3,82 hari Gas mulia Kalium K 1,28x10 9 tahun Terdapat di tanah Tabel Radionuklida Kosmogenik Nuklida Lambang Umur-paro Sumber Karbon C tahun Interaksi 14 N(n,p) 14 C Tritium 3 3 H 12,3 tahun Interaksi 6 Li(n,a) 3 H Berilium 7 7 Be 53,28 hari Interaksi sinar kosmik dengan unsur N dan O 9

10 Tabel Radionuklida Buatan Manusia Nuklida Lambang Umur-paro Sumber Tritium 3 3 H 12,3 tahun Dihasilkan dari uji-coba senjata nuklir, reaktor nuklir, dan fasilitas olah-ulang bahan bakar nuklir. Iodium I 8,04 hari Produk fisi yang dihasilkan dari uji-coba senjata nuklir, reaktor nuklir. 131 I sering digunakan untuk mengobati penyakit yang berkaitan dengan kelenjar thyroid. Iodium I 1,57x10 7 tahun Produk fisi yang dihasilkan dari uji-coba senjata nuklir dan reaktor nuklir. Cesium Cs 30,17 tahun Produk fisi yang dihasilkan dari uji-coba senjata nuklir dan reaktor nuklir. Stronsium Sr 28,78 tahun Produk fisi yang dihasilkan dari uji-coba senjata nuklir dan reaktor nuklir. Technesium 99m 99m Tc 6,03 jam Produk peluruhan dari 99 Mo, digunakan dalam diagnosis kedokteran. Technesium Tc 2,11x10 5 tahun Produk peluruhan 99m Tc. Plutonium Pu 2,41x10 4 tahun Dihasilkan akibat 238 U ditembaki neutron. Alat Pendeteksi Radiasi Radiasi dideteksi menggunakan monitor radiasi: film fotografi, tabung Geiger-Muller, Pencacah sintilasi, bahan termoluminesensi dan dioda silikon. dosimeter perorangan untuk mengetahui dosis radiasi Survaimeter untuk mengukur kecepatan radiasi. Pengukuran dosis berdasarkan: kehitaman film dosimeter film) atau jumah cahaya yang dihasilkan melalui poses pemanasan (Thermo Luminescence Dosimeter) 10