PELURUHAN RADIOAKTIF Inti-inti yang tidak stabil akan meluruh (bertransformasi) menuju konfigurasi yang baru yang mantap (stabil). Dalam proses peluruhan akan terpancar sinar alfa, sinar beta, atau sinar gamma dan energy peluruhan. Jika inti radioaktif meluruh, akan menjadi inti baru yang beda sifat kimianya. Unsur radioaktif secara spontan memancarkan radiasi, yang berup partikel atau gelombang elektromagnet (non partikel). Lihat gambar dibawah ini! Gambar 3. Jenis-jenis radiasi yang di pancarkan radioaktif Jenis radiasi yang dipancarkan radioaktif adalah: 1. Peluruhan Alpha (Alpha Decay) Inti-inti radioaktif secara spontan menjadi inti turunan yang kadang-kadang memancarkan partikel α. Pada umumnya diikuti pula dengan peluruhan radiasi gamma. Radiasi alpha mempunyai spektrum energi yang diskrit. Radioisotop yang memancarkan radiasi alpha
maka nomor massa akan berkurang 4 dan nomor atomnya berkurang 2, sehingga radiasi alpha disamakan dengan pembentukan inti Helium yang bermuatan +2 ( ). Berdasarkan hukum kekekalan jumlah muatan dan nucleon maka peluruhan partikel α memenuhi hubungan yang dapat dinyatakan sebagai berikut: X adalah unsur induk dan Y adalah unsur turunan. Contoh peluruhan α terjadi pada peluruhan Plutonium: Energi yang dilepaskan pada saat peluruhan, disebut energi disintegrasi atau energi peluruhan yaitu: Q = (m x -m Y -m α )c 2 Fraksi Energi Peluruhan KY = energi kinetik inti (inti anak) Kα = energi kinetik partikel α Pada gambar dibawah ini merupakan gambar spektrum energi peluruhan alpha yang berbentuk diskrit.
Gambar 2.7. Spektrum energi peluruhan alfa 2. Peluruhan Beta Minus (Beta Minus Decay) Peluruhan beta (β) adalah suatu proses peluruhan radioaktif dengan muatan inti berubah tetapi jumlah nukleonnya tetap. Radiasi beta minus disamakan dengan pemancaran elektron dari suatu inti atom. Bentuk peluruhan ini terjadi pada inti yang kelebihan neutron dan pada umumnya disertai juga dengan radiasi gamma. Radiasi beta (baik yang positif maupun yang negatif) mempunyai spektrum energi yang sinambung (continous) serta diikuti oleh antineutrino yang membawa kelebihan energi yang dimiliki oleh zarah beta. Seperti halnya pada radiasi Alpha, makin tinggi energi yang dimiliki maka makin pendek umurnya. Pada radiasi Beta minus, nomor atomnya akan bertambah satu, sedang nomor massanya tetap. Reaksi secara umum dapat ditulis sebagai: Contoh reaksi peluruhan radiasi Beta minus adalah: disebut antineutrino yang merupakan partikel netral dengan kelajuan c dan tidak mempunyai massa. Energi dari antineutrino bersifat kinetic. Energi yang dilepas pada saat peluruhan yaitu: Q = (m x -m Y )c 2
Pada gambar 2.8. merupakan gambar spektrum energi peluruhan beta yang berbentukspectrum kontinu. Gambar 2.8. Spektrum energi peluruhan beta (http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu, 2010) 3. Peluruhan Beta Plus (Beta Plus Decay) Radiasi ini sama dengan pancaran positron dari inti. Bentuk peluruhan ini terjadi pada inti yang kelebihan proton. Pancaran positron dapat terjadi apabila perbedaan energi antara inti semula dengan inti hasil paling tidak sebesar 1,02 MeV. Menurut Pauli, radiasi beta plus sama dengan perubahan proton menjadi neutron sehingga nomor atomnya akan berkurang satu. Reaksi secara umum dapat ditulis sebagai berikut: v adalah neutrino yaitu partikel sejenis dengan antineutrino dengan spin yang berlawanan. Contoh peluruhan beta plus adalah sebagai berikut: Energi disintegrasi atau energi peluruhannya yaitu: Q = (m x m Y + 2me)c 2 Pada radiasi Beta plus akan selalu diikuti dengan peristiwa Annihilasi, karena begitu terbentuk zarah beta plus maka akan langsung bergabung dengan elektron dan menghasilkan radiasi Gamma:
4. Tangkapan Elektron Orbital (K Capture) Pada peluruhan ini inti akan menangkap satu elektron orbital. Peristiwa ini terjadi pada inti yang kelebihan proton tetapi tidak mempunyai cukup tenaga untuk mengeluarkan proton dari intinya. Secara umum dapat dituliskan sebagai berikut: Sebagai contoh pada peristiwa peluruhan unsur Bi Energi disintegrasi atau energi peluruhannya adalah sebagai berikut: Q = (m x - m Y )c 2 5. Peluruhan Gamma (Gamma Decay) Suatu inti unsur radioaktif yang mengalami peluruhan, baik peluruhan α maupun peluruhan β atau mengalami tumbukan dengan netron biasanya berada pada keadaan tereksitasi. Pada saat kembali ke keadaan dasarnya inti tersebut akan melepas energi dalam bentuk radiasi gamma. Radiasi gamma mempunyai energi yang diskrit. Gambar 2.9. menunjukkan salah satu contoh energi gamma dari atom cesium 137 ( 137 Cs).
Gambar 2.9. Spektrum energi peluruhan gamma atom cesium 137 (Rapach, 2010) Radiasi gamma mempunyai energi yang diskrit. Energi sinar gamma (γ) akan berkurang atau terserap oleh suatu material yang dilewatinya. Karena ada penyerapan energi olah bahan maka intensitas dari sinar gamma akan berkurang setelah melewati material tersebut. I = Io.e -μx I : intensitas sinar gamma yang berhasil melewati material Io : intensitas mula-mula x : tebal material μ : koefisien atenuasi linier atau koefisien pembanding yang besarnya tergantung sifat material penyerap dan energi sinar gamma. Jika tebal material penyerap L, maka: Jika intensitas I yaitu intensitas sinar gamma yang berhasil melewati material tinggal separoh dari intensitas awal, maka tebal material tersebut dinamakan Lapisan Harga Paroh (Half Value Layer = hvl).