Pengertian Radioaktivitas Fisika, Jenis Sinar Radioaktif, Peluruhan Sinar Alfa Beta Gamma, Deret, Aktivitas, Waktu Paruh, Ancaman Radiasi, Fisika, Referensi Soal, Praktikum, Jawaban

Pengertian Radioaktivitas Fisika, Jenis Sinar Radioaktif, Peluruhan Sinar Alfa Beta Gamma, Deret, Aktivitas, Waktu Paruh, Bahaya Radiasi, Fisika, Contoh Soal, Praktikum, Jawaban - Radioaktivitas disebut juga peluruhan radioaktif. Radioaktivitas yaitu yaitu kejadian terurainya beberapa inti atom tertentu secara impulsif yang diikuti dengan pancaran partikel alfa (inti helium), partikel beta (elektron), atau radiasi gamma (gelombang elektromagnetik gelombang pendek). Sinar-sinar yang dipancarkan tersebut disebut sinar radioaktif, sedangkan zat yang memancarkan sinar radioaktif disebut dengan zat radioaktif.

Gambar 1. Uranium. [1]

Istilah keradioaktifan (radioactivity) pertama kali diciptakan oleh Marie Curie (1867 - 1934), spesialis kimia asal Prancis. Marie dan suaminya, Pierre Curie (1859 - 1906), berhasil menemukan unsur radioaktif baru, yaitu polonium dan radium. Ernest Rutherford (1871 - 1937) menyatakan bahwa sinar radioaktif sanggup dibedakan atas sinar alfa yang bermuatan positif dan sinar beta yang bermuatan negatif. Paul Ulrich Villard (1869 - 1915), seorang ilmuwan Prancis, menemukan sinar radioaktif yang tidak bermuatan, yaitu sinar gamma.

1. Jenis Sinar Radioaktif

Berdasarkan partikel penyusunnya, sinar radioaktif dibagi menjadi tiga, yaitu sinar alfa, sinar beta, dan sinar gamma.

1.1. Sinar Alfa (Sinar α)

Sinar alfa yaitu sinar yang dipancarkan oleh unsur radioaktif. Sinar ini ditemukan secara bersamaan dengan inovasi fenomena radioaktivitas, yaitu peluruhan inti atom yang berlangsung secara spontan, tidak terkontrol, dan menghasilkan radiasi. Sinar alfa terdiri atas dua proton dan dua neutron. Berikut ini yaitu sifat alamiah sinar alfa.

1. Sinar alfa merupakan inti He.
2. Dapat menghitamkan pelat film (yang berarti mempunyai daya ionisasi). Daya ionisasi sinar alfa paling berpengaruh daripada sinar beta dan gamma.
3. Mempunyai daya tembus paling lemah di antara ketiga sinar radioaktif.
4. Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.
5. Mempunyai jangkauan beberapa sentimeter di udara dan 10² mm di dalam logam.

1.2. Sinar Beta (Sinar β)

Sinar beta merupakan elektron berenergi tinggi yang berasal dari inti atom. Berikut ini beberapa sifat alamiah sinar beta.

1. Mempunyai daya ionisasi yang lebih kecil dari sinar alfa.
2. Mempunyai daya tembus yang lebih besar daripada sinar alfa.
3. Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.

1.3. Sinar Gamma (Sinar γ)

Sinar gamma yaitu radiasi gelombang elektromagnetik yang terpancar dari inti atom dengan energi yang sangat tinggi yang tidak mempunyai massa maupun muatan. Sinar gamma ikut terpancar ketika sebuah inti memancarkan sinar alfa dan sinar beta. Peluruhan sinar gamma tidak mengakibatkan perubahan nomor atom maupun massa atom. Sinar gamma mempunyai beberapa sifat alamiah berikut ini.

1. Sinar gamma tidak mempunyai jangkauan maksimal di udara, semakin jauh dari sumber intensitasnya makin kecil.
2. Mempunyai daya ionisasi paling lemah.
3. Mempunyai daya tembus yang terbesar.
4. Tidak membelok dalam medan listrik maupun medan magnet.

2. Peluruhan Radioaktif

2.1. Peluruhan Sinar Alfa

Suatu inti yang tidak stabil sanggup meluruh menjadi inti yang lebih ringan dengan memancarkan partikel alfa (inti atom helium). Pada peluruhan alfa terjadi pembebasan energi. Energi yang dibebaskan akan menjadi energi kinetik partikel alfa dan inti anak. Inti anak mempunyai energi ikat per nukleon yang lebih tinggi dibandingkan induknya.

Jika inti memancarkan sinar α (inti , maka inti tersebut kehilangan 2 proton dan 2 neutron, sehingga Z berkurang 2, n berkurang 2, dan A berkurang 4.

Persamaan peluruhannya sinar alfa:

Contoh peluruhan sinar alfa:

Ernest Rutherford menemukan bahwa partikel α adalah atom-atom helium tanpa elektron dan partikel α atau β keluar dari atom, jenis atom berubah. Perubahan demikian sanggup mengakibatkan radiasi γ.

Peluruhan alfa mengakibatkan nomor atom berkurang dua dan nomor massa berkurang empat, dan lantaran itu sebuah inti gres akan terbentuk. Adapun pada peluruhan beta akan menambah atau mengurangi nomor atom sebesar satu (nomor massa tetap sama). 

2.2. Peluruhan Sinar Beta

Salah satu bentuk peluruhan sinar beta yaitu peluruhan neutron. Neutron akan meluruh menjadi proton, elektron, dan antineutrino. Antineutrino merupakan partikel netral yang mempunyai energi, tetapi tidak mempunyai massa. Bentuk peluruhan sinar beta yang lain yaitu peluruhan proton. Proton akan meluruh menjadi neutron, positron, dan neutrino. Neutrino mempunyai sifat yang sama dengan antineutrino. Peluruhan sinar beta bertujuan semoga perbandingan antara proton dan neutron di dalam inti atom menjadi seimbang sehingga inti atom tetap stabil.

Jika inti radioaktif memancarkan sinar beta (β) maka nomor massa inti tetap (jumlah nukleon tetap), tetapi nomor atom berubah. Terjadi dua proses peluruhan sinar beta, yaitu:

Contoh peluruhan sinar beta :

2.3. Peluruhan Sinar Gamma

Suatu inti atom yang berada dalam keadaan tereksitasi sanggup kembali ke keadaan dasar (ground state) yang lebih stabil dengan memancarkan sinar gamma. Peristiwa ini dinamakan peluruhan sinar gamma. Atom yang tereksitasi biasanya terjadi pada atom yang memancarkan sinar alfa maupun sinar beta, lantaran pemancaran sinar gamma biasanya menyertai pemancaran sinar alfa dan sinar beta. Peluruhan gamma hanya mengurangi energi saja, tetapi tidak mengubah susunan inti.

Gambar2. Peluruhan radioaktif. [2]

Seperti dalam atom, inti atom sanggup berada pada keadaan eksitasi, yaitu keadaan inti yang tingkat energinya lebih tinggi dari keadaan dasarnya. Inti yang berada pada keadaan eksitasi diberi tanda star (*). Keadaan eksitasi inti ini dihasilkan dari tumbukan dengan partikel lain.

Persamaan peluruhan sinar gamma:

Inti yang berada dalam keadaan eksitasi pada umumnya terjadi sehabis peluruhan. Misalnya:

3. Deret Radioaktif

Deret radioaktif merupakan deret nuklida radioaktif. Pada deret ini setiap anggotanya terbentuk dari hasil peluruhan nuklida sebelumnya. Deret akan berakhir dengan nuklida stabil. Ada empat deret radioaktif alamiah, yaitu deret torium, neptunium, uranium, dan aktinium.

3.1. Deret Torium

Deret torium dimulai dari inti induk  dan berakhir pada inti  Deret ini juga disebut dengan deret 4n, lantaran nomor massanya selalu kelipatan 4.

3.2. Deret Neptunium

Deret neptunium dimulai dari induk  dan berakhir pada inti  Deret ini juga disebut deret (4n + 1), lantaran nomor massanya selalu sanggup dinyatakan dalam bentuk 4n +1.

3.3. Deret Uranium

Deret uranium dimulai dari inti induk dan berakhir pada  Deret ini disebut juga deret (4n +2), lantaran nomor massanya selalu sanggup dinyatakan dalam bentuk 4n + 2.

3.4. Deret Aktinium

Deret aktinium dimulai dari inti induk U dan berakhir pada Pb. Deret ini juga disebut deret (4n +3), lantaran nomor massanya selalu sanggup dinyatakan dalam bentuk 4n + 3.

4. Aktivitas Radioaktif

Aktivitas radioaktif didefinisikan sebagai jumlah atom suatu materi radioaktif yang meluruh per satuan waktu. Dapat dirumuskan:

A = - (dN/dt)............................................................... (1)

Dengan N yaitu jumlah inti radioaktif dan t yaitu waktu peluruhan.

Berdasarkan eksperimen, menunjukkan bahwa jumlah inti atom radioisotop yang meluruh sebanding dengan selang waktu dt selama peluruhan, dengan tetapan kesebandingan λ , yang dinamakan tetapan radioaktif sebagai ukuran laju peluruhan, yang ternyata hanya tergantung pada jenis radioisotop, dan tidak tergantung keadaan sekitarnya, serta tidak sanggup dipengaruhi oleh apapun.

Sehingga, peluruhan radioaktif sanggup dituliskan dalam persamaan:

- (dN/dt) = λ . dt .......................................................... (2)

Persamaan (2) sanggup diselesaikan dengan persamaan integral, sehingga diperoleh:

Yang menunjukkan penurunan eksponensial terhadap waktu.

Satuan Radioaktivitas

Satuan radiasi ini merupakan satuan pengukuran yang dipakai untuk menyatakan acara suatu radionuklida dan takaran radiasi ionisasi. Satuan SI untuk radioaktivitas yaitu becquerel (Bq), merupakan acara sebuah radionuklida yang meluruh dengan laju rata-rata satu transisi nuklir impulsif per sekon. Jadi,

1 Bq = 1 peluruhan/sekon

Satuan yang usang yaitu curie (Ci), di mana 1 curie setara dengan 3,70 × 10¹⁰ Bq, atau 1 Ci = 3,7 × 10¹⁰ Bq.

5. Waktu Paruh

Waktu paruh yaitu waktu yag diharapkan oleh zat radioaktif untuk berkurang menjadi separuh (setengah) dari jumlah semula. Dengan mengetahui waktu paruh suatu unsur radioaktif, sanggup ditentukan jumlah unsur yang masih tersisa sehabis selang waktu tertentu. Setiap unsur radioaktif mempunyai waktu paruh tertentu, contohnya karbon -14 (C-14) mempunyai waktu paruh 5.730 tahun.

Dari persamaan (3a) maka:

untuk t = T ----------> N = ½ N₀

sehingga, ½ N₀ = N₀. e^-λt

λ .T = ln 2

λ = 0,693/T

T = 0,693/T ...................................................... (4)

Dari persamaan (4), maka sanggup ditentukan jumlah inti radioaktif sehabis peluruhan maupun acara radioaktif sehabis peluruhan melalui persamaan:

Contoh Soal 1 :

Inti  memiliki waktu paruh 1,6 x 10³ tahun. Jumlah inti 3 × 10¹⁶. Berapakah acara inti pada ketika itu?

Penyelesaian:

Besaran yang diketahui: 

N = 3 × 10¹⁶

T = (1,6 × 10³ th)(3,16 × 10⁷ s/th

T = 5,1 × 10¹⁰ s

sehingga:

λ = 0,693/T

λ = 0,693/(5,1 x 10⁵ s) = 0,14 × 10^-10 = 1,4 × 10^-11/s

A = λ . N

A = (1,4 × 10^-11)(3 × 10¹⁶)

A = 4,2 × 10⁵ peluruhan/s

A = 4,2 Bq

Contoh Soal 2 :

Grafik di atas merupakan grafik peluruhan sampel radioaktif. Jika N = ¼ N₀ = 10²⁰ inti, tentukan:

a. waktu paruh unsur radioaktif tersebut,

b. konstanta peluruhannya,

c. acara radioaktif mula-mula!

Penyelesaian:

a. Dari data grafik:

b. Konstanta peluruhan

λ = 0,693/T

λ = 0,693/3 = 0,231 peluruhan/sekon

c. A = λ .N₀

A = (0,231)(4 × 10²⁰)

A = 0,924 × 10²⁰

A = 9,24 × 10²⁰ peluruhan/sekon

A = 9,24 × 10¹⁹ Bq

Percobaan Sederhana / Praktikum Fisika :

Tujuan : Melakukan percobaan simulasi waktu paruh.

Alat dan materi : Kacang hijau, kotak kayu.

Cara Kerja :

1. Ambillah sebuah kotak dan lubangilah pada bab dua sudut pada dasar kotak berurutan.
2. Dengan sudut ditutup, isilah kotak itu dengan sejumlah kacang hijau hingga hampir penuh.
3. Goyangkan kotak dan hitunglah kacang hijau yang keluar dari kotak.
4. Ulangilah langkah 3 hingga kacang hijau dalam kotak habis.
5. Jika jumlah kacang hijau yang keluar pada setiap goyangan dimisalkan N dan setiap kali goyangan yaitu T, catatlah jadinya dengan mengikuti format berikut ini.

Goyangan ke- (T)	Jumlah kacang yang Keluar (N)
1
2
3
dst

Diskusi :

1. Buatlah grafik hubungan N dan T !
2. Apakah yang sanggup disimpulkan dari percobaan yang telah kalian lakukan?

Cara Mengetahui Umur Makhluk Hidup yang Pernah Ada

Karbon-14 meluruh menjadi karbon-12, namun ia terus-menerus terbentuk lantaran sinar kosmis membentur atom-atom nitro-gen di atmosfer atas sehingga jumlahnya di udara tetap. Hal ini mengakibatkan perbandingan karbon-14 dan karbon-12 tetapsepanjang hidup suatu makhluk hidup. Setelah mati, karbon-14 terus meluruh dan tidak tergantikan. Maka, perbandingan karbon-14 dan karbon-12 sanggup mengungkapkan umur tumbuhan atau binatang yang pernah hidup hingga 40.000 tahun yang lalu. Spektrometer massa akselerator menghitung jumlah karbon-14 yang ada.

6. Dampak Radiasi

Anda kini sudah mengetahui Radioaktivitas. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.

Referensi Lainnya :

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/File:HEUraniumC.jpg

[2] http://spurr.pls.uni.edu/ctst/inspiration.html via http://schools.wikia.com/wiki/Radioactive_Decay

Share this post