1. PARTIKEL DASAR PENYUSUN ATOM
a. Electron
Percobaan tabung sinar katoda pertama kali dilakukan William Crookes (1875). Hasil eksperimennya adalah ditemukannya seberkas sinar yang muncul dari arah katoda menuju ke anoda yang disebut sinar katoda.George Johnstone Stoney (1891) yang memberikan nama sinar katoda disebut “elektron”. Kelemahan dari Stoney tidak dapat menjelaskan pengertian atom dalam suatu unsur memiliki sifat yang sama sedangkan unsur yang berbeda akan memiliki sifat berbeda, padahal keduanya sama-sama memiliki elektron.Antoine Henri Becquerel (1896) menentukan sinar yang dipancarkan dari unsur-unsur Radioaktif yang sifatnya mirip dengan elektron.
Joseph John Thomson (1897) melanjutkan eksperimen William Crookes yaitu pengaruhmedan listrik dan medan magnet dalam tabung sinar katoda. Hasil percobaannya membuktikan bahwa ada partikel bermuatan negatif dalam suatu atom karena sinar tersebut dapat dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik.
Besarnya muatan dalam elektron ditemukan oleh Robert Andrew Milikan (1908) melalui percobaan tetes minyak Milikan. Minyak disemprotkan ke dalam tabung yang bermuatan listrik. Akibat gaya tarik gravitasi akan mengendapkan tetesan minyak yang turun. Bila tetesan minyak diberi muatan negatif maka akan tertarik kekutub positif medan listrik. Hasil percobaan Milikan dan Thomson diperoleh muatan elektron –1 dan massa elektron 0.
b. Proton
Jika massa elektron 0 berarti suatu partikel tidak mempunyai massa padahal partikel materi mempunyai massa yang dapat diukur. Begitu pula kenyataan bahwa atom itu netral.Bagaimana mungkin atom itu bersifat netral dan mempunyai, jika hanya ada elektron saja dalam atom?
Eugene Goldstein (1886) melakukan eksperimen dari tabung gas yang memiliki katoda, yang diberi lubang-lubang dan diberi muatan listrik. Ternyata pada saat terbentuk elektron yang menuju anoda terbentuk pula sinar positif yang menuju arah berlawanan melewati lubang pada katoda.
Setelah berbagai gas dicoba dalam tabung ini, ternyata gas hidrogenlah yang menghasilkan sinar muatan positif yang paling kecil baik massa maupun muatannya, sehingga partikel ini disebut dengan proton.
Massa proton = 1 sma (satuan massa atom) dan muatan proton = +1.
Massa proton = 1 sma (satuan massa atom) dan muatan proton = +1.
c. Inti Atom
Setelah penemuan proton dan elektron, Ernest Rutherford melakukan penelitian penembakan lempeng tipis. Jika atom terdiri dari partikel yang bermuatan positif dan negatif maka sinar alpha yang ditembakkan seharusnya tidak ada yang diteruskan/menembus lempeng sehingga muncullah istilah inti atom.
Ernest Rutherford dibantu oleh Hans Geiger dan Ernest Marsden (1911) menemukan konsep inti atom didukung oleh penemuan sinar X oleh WC. Rontgen (1895) dan penemuan zat Radioaktif (1896).Percobaan Rutherford dapat diklik
Hasil percobaan ini membuat Rutherford menyatakan hipotesanya bahwa atom tersusun dari inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi elektron yang bermuatan negatif. Untuk mengimbanginya sehinga atom bersifat netral.
Massa inti atom tidak seimbang dengan massa proton yang ada dalam inti atom, sehingga dapat dipredisi bahwa ada partikel lain dalam inti atom.
d. Neutron
Prediksi dari Rutherford memacu W. Bothe dan H. Becker (1930) melakukan eksperimen penembakan partikel alpha pada inti atom berilium (Be). Ternyata dihasilkan radiasi partikel berdaya tembus tinggi.
Eksperimen ini dilanjutkan oleh James Chadwick (1932). Ternyata partikel yang menimbulkan radiasi berdaya tembus tinggi itu bersifat netral atau tidak bermuatan dan massanya hampir sama dengan proton. Partikel ini disebut neutron.
2. Kestbilan inti
inti atom atau nuklir terdiri alas proton dan neutron yang disebut sebagai nukleon (partikel penyusun inti atom). Jumlah proton dan jumlah neutron di dalam inti atom tidak selalu sama, oleh karena itu suatu unsur (jenis atom) yang sama mungkin saja terdiri alas inti atom yang berbeda, yaitu bila jumlah protonnya sama tetapi jumlah neutronnya berbeda. Nuklida adalah istilah lain yang digunakan untuk menyatakan suatu jenis inti atom. Nuklida atau jenis inti atom yang ada di alam ini jauh lebih banyak daripada unsur karena unsur yang sama mungkin saja terdiri atas nuklida yang berbeda. Unsur dituliskan dengan lambang atomnya, misalnya unsur emas adalah Au dan unsur besi adalah Fe. Sedangkan penulisan suatu nuklida atau jenis inti atom harus diikuti dengan jumlah 8 neutronnya sebagaimana konvensi penulisan sebagai berikut.
ZxA X adalah simbol atom, Z adalah nomor atom yang menunjukkan jumlah proton di dalam inti atom, sedang A adalah nomor massa yang menunjukkan jumlah nukleon (jumlah proton + jumlah neutron). Meskipun tidak dituliskan pada simbol nuklida, jumlah neutron dapat dituliskan sebagai N dengan hubungan N = A - Z
Sebagai contoh nuklida 2He4 inti atom helium (He) yang mempunyai dua buah proton (Z = 2) dan dua buah neutron (N = A – Z = 2). Cara penulisan nuklida tersebut di atas merupakan konvensi atau kesepakatan saja dan bukan suatu ketentuan sehingga masih terdapat beberapa cara penulisan yang berbeda. Salah satu cara penulisan lain yang paling sering dijumpai adalah tanpa menuliskan nomor atomnya
seperti berikut ini. xA atau X-A Contoh: nuklida He4 atau He-4 dan Co60 atau Co-60. Nomor atom tidak dituliskan karena dapat diketahui dari jenis atomnya. Setiap atom yang berbeda akan memiliki jumlah proton yang berbeda sehingga nomor atomnya pun berbeda. Berkaitan dengan komposisi jumlah proton dan jumlah neutron di dalam inti atom, terdapat beberapa istilah yang yaitu: isotop, isobar, isoton dan isomer.
Isoton : Atom-atom unsur tertentu ( Z sama) dengan nomor massa berbeda.
Isoton: kelompok nuklida dengan jumlah netron sama tetapi Z berbeda.
Isobar: kelompok nuklida dengan A sama tetapi Z berbeda.
Secara garis besar inti atom akan berada dalam dua keadaa dasar yaitu Keadaan Stabil dan Keadaan Tidak Stabil yang ditentukan oleh komposisi partikel penyusun inti. Keadaan stabil di capai apabila jumlah proton (Z) lebih sedikit atau sama banyak dengan jkumlah netron. Keadaan ini memungkinkan gaya inti lebih besar dibandingkan dengan gaya elektrostatis. Keadaan tidak stabil dicapai apabila jumlah proton (Z) lebih besar dari jumlah netron (N). Hal ini akan menyebabkan gaya elektrostatis jauh lebih besar di bandingkan dengan gaya inti. Mengapa gaya elektrostatis pada keadaan Z > N lebih besar? Karena gaya elektrostatis memiliki jangkauan yang lebih luas dibandingkan dengan gaya inti, sehingga dapat pada partikel proton yang berdekatan dan berseberangan sekalipun. Inti atom seperti inilah yang akan melakukan aktivitas radiasi secara spontan sampai tercapai keadaan stabil. Keadaan inti dengan jumlah proton (Z) lebih besar dari jumlah netron (N) akan menghasilkan zat radioaktif
Partikel Dasar yang umumnya terlibat dalam reaksi inti:
| Nama | Lambang | Nomor atom | Nomor massa | Massa (sma) |
| Proton | P atau H | 1 | 1 | 1,00728 |
| Neutron | N | 0 | 1 | 1,00867 |
| Elektron | e | -1 | 0 | 0,000549 |
| Negatron | β | -1 | 0 | 0,000549 |
| Positron | β | +1 | 0 | 0,000549 |
| Partikel alpha | He atau α | 2 | 4 | 4,00150 |
Gelombang elektromagnet yang biasa terlibat dalam reaksi inti adalah γ (gamma) dengan massa 0 dan muatan 0.
Perbandingan antara reaksi kimia dan reaksi inti
| No | Reaksi kimia | Reaksi Inti |
| 1 | Atom diubah susunannya melalui pemutusan dan pembentukan ikatan | Unsur (atau isotop dari unsur yang sama) dikonversi dari unsur yang satu ke lainnya |
| 2 | Hanya elektron dalam orbital atom atau molekul yang terlibat dalam pemutusan dan pembentukan ikatan | Proton, neutron, elektron dan partikel dasar lain dapat saja terlibat |
| 3 | Reaksi diiringi dengan penyerapan atau pelepasan energi yang relatif kecil | Reaksi diiringi dengan penyerapan atau pelepasan energi yang sangat besar |
| 4 | Laju reaksi dipengaruhi oleh suhu, tekanan, katalis dan konsentrasi | Laju reaksi biasanya tidak dipengaruhi oleh suhu, tekanan dan katalis |
Aturan dalam penyetaraan reaksi inti;
- Jumlah total proton ditambah neutron dalam produk dan reaktan harus sama (kekekalan nomor massa)
- Jumlah total muatan inti dalam produk dan reaktan harus sama (kekekalan nomor atom)
Kestabilan inti oleh neutron dan proton pada inti.Komposisi jumlah proton dan neutron di dalam inti atom sangat mempengaruhi kestabilan inti atom tersebut. Inti atom dikatakan stabil bila komposisi jumlah proton dan neutronnya sudah ”seimbang” serta tingkat energinya sudah berada pada keadaan dasar. Jumlah proton dan neutron maupun tingkat energi dari inti-inti yang stabil tidak akan mengalami perubahan selama tidak ada gangguan dari luar. Sebaliknya, inti atom dikatakan tidak stabil bila komposisi jumlah proton dan neutronnya “tidak seimbang” atau tingkat energinya tidak berada pada keadaan dasar. Perlu dicatat bahwa komposisi proton dan neutron yang “seimbang” atau “tidak seimbang” di atas tidak berarti mempunyai jumlah yang sama ataupun tidak sama. Setiap inti atom mempunyai “kesetimbangan” yang berbeda.
Secara umum, kestabilan inti-inti ringan terjadi bila jumlah protonnya sama dengan jumlah neutronnya. Sedangkan kestabilan inti-inti berat terjadi bila jumlah neutron maksimum 1,5 kali jumlah protonnya.
Tabel periodik merupakan suatu tabel yang mencantumkan semua kemungkinan posisi nuklida baik yang stabil maupun yang tidak stabil. Nuklida-nuklida yang tidak stabil disebut sebagai radionuklida.
Tabel nuklida juga dapat menunjukkan posisi dari nuklida-nuklida yang merupakan isotop yaitu petak-petak yang horisontal, misalnya Na-20, Na-21, Na-22 dan seterusnya. Isotop yang tidak stabil disebut sebagai radioisotop. Pada dasarnya, radioisotop dan radionuklida adalah istilah yang sama yaitu menunjukkan inti-inti atom yang tidak stabil. Bahan yang terdiri atas radionuklida dengan jumlah cukup banyak disebut bahan radioaktif.
Inti-inti atom yang tidak stabil, baik karena komposisi jumlah proton dan neutronnya yang tidak seimbang ataupun karena tingkat energinya yang tidak berada pada keadaan dasarnya, cenderung untuk berubah menjadi stabil. Bila ketidakstabilan inti disebabkan karena komposisi jumlah proton dan neutronnya yang tidak seimbang, maka inti tersebut akan berubah dengan memancarkan radiasi alpha atau radiasi beta (β). Kalau ketidakstabilannya disebabkan karena tingkat energinya yang berada pada keadaan tereksitasi maka akan berubah dengan memancarkan radiasi gamma. Proses perubahan atau transformasi inti atom yang tidak stabil menjadi atom yang lebih stabil tersebut dinamakan peluruhan radioaktif.
Proses peluruhan radioaktif seringkali harus melalui beberapa intermediate (antara) sebelum menjadi inti atom yang stabil. Jadi seringkali suatu radionuklida tidak berubah langsung menjadi nuklida yang stabil, melainkan mengalami beberapa perubahan lebih dulu menjadi radionuklida yang lain sebelum akhirnya menjadi nuklida yang stabil. Misalnya dari nuklida X yang tidak stabil berubah menjadi nuklida Y yang juga masih tidak stabil kemudian berubah lagi menjadi nuklida Z yang stabil. Peluruhan seperti ini dinamakan peluruhan berantai.
Tabel periodik merupakan suatu tabel yang mencantumkan semua kemungkinan posisi nuklida baik yang stabil maupun yang tidak stabil. Nuklida-nuklida yang tidak stabil disebut sebagai radionuklida.
Tabel nuklida juga dapat menunjukkan posisi dari nuklida-nuklida yang merupakan isotop yaitu petak-petak yang horisontal, misalnya Na-20, Na-21, Na-22 dan seterusnya. Isotop yang tidak stabil disebut sebagai radioisotop. Pada dasarnya, radioisotop dan radionuklida adalah istilah yang sama yaitu menunjukkan inti-inti atom yang tidak stabil. Bahan yang terdiri atas radionuklida dengan jumlah cukup banyak disebut bahan radioaktif.
Inti-inti atom yang tidak stabil, baik karena komposisi jumlah proton dan neutronnya yang tidak seimbang ataupun karena tingkat energinya yang tidak berada pada keadaan dasarnya, cenderung untuk berubah menjadi stabil. Bila ketidakstabilan inti disebabkan karena komposisi jumlah proton dan neutronnya yang tidak seimbang, maka inti tersebut akan berubah dengan memancarkan radiasi alpha atau radiasi beta (β). Kalau ketidakstabilannya disebabkan karena tingkat energinya yang berada pada keadaan tereksitasi maka akan berubah dengan memancarkan radiasi gamma. Proses perubahan atau transformasi inti atom yang tidak stabil menjadi atom yang lebih stabil tersebut dinamakan peluruhan radioaktif.
Proses peluruhan radioaktif seringkali harus melalui beberapa intermediate (antara) sebelum menjadi inti atom yang stabil. Jadi seringkali suatu radionuklida tidak berubah langsung menjadi nuklida yang stabil, melainkan mengalami beberapa perubahan lebih dulu menjadi radionuklida yang lain sebelum akhirnya menjadi nuklida yang stabil. Misalnya dari nuklida X yang tidak stabil berubah menjadi nuklida Y yang juga masih tidak stabil kemudian berubah lagi menjadi nuklida Z yang stabil. Peluruhan seperti ini dinamakan peluruhan berantai.
Grafik antara banyaknya neutron versus banyaknya proton dalam berbagai isotop yang disebut pita kestabilan menunjukkan inti-inti yang stabil. Inti-inti yang tidak stabil cenderung untuk menyesuaikan perbandingan neutron terhadap proton, agar sama dengan perbandingan pada pita kestabilan. Kebanyakan unsur radioaktif terletak di luar pita ini.
- Di atas pita kestabilan, Z <>
Untuk mencapai kestabilan :
inti memancarkan (emisi) neutron atau memancarkan partikel beta
- Di atas pita kestabilan dengan Z > 83, terjadi kelebihan neutron dan proton
Untuk mencapai kestabilan :
Inti memancarkan partikel alfa
- Di bawah pita kestabilan, Z <>
Untuk mencapai kestabilan :
Inti memancarkan positron atau menangkap elektron
3. Radiokativitas
Radioaktivitas adalah kemampuan inti atom yang tak-stabil untuk memancarkan radiasi dan berubah menjadi inti stabil. Proses perubahan ini disebut peluruhan dan inti atom yang takstabil disebut radionuklida. Materi yang mengandung radionuklida disebut zat radioaktif.
Peluruhan ialah perubahan inti atom yang tak-stabil menjadi inti atom yang lain, atau berubahnya suatu unsur radioaktif menjadi unsur yang lain. Radioaktivitas ditemukan oleh H. Becquerel pada tahun 1896. Becquerel menamakan radiasi dengan uranium. Dua tahun setelah itu, Marie Curie meneliti radiasi uranium dengan menggunakan alat yang dibuat oleh Pierre Curie, yaitu pengukur listrik piezo (lempengan kristal yang biasanya digunakan untuk pengukuran arus listrik lemah), dan Marie Curie berhasil membuktikan bahwa kekuatan radiasi uranium sebanding dengan jumlah kadar uranium yang dikandung dalam campuran senyawa uranium. Disamping itu, Marie Curie juga menemukan bahwa peristiwa peluruhan tersebut tidak dipengaruhi oleh suhu atau tekanan, dan radiasi uranium dipancarkan secara spontan dan terus menerus tanpa bisa dikendalikan.
Marie Curie juga meneliti campuran senyawa lain, dan menemukan bahwa campuran senyawa thorium juga memancarkan radiasi yang sama dengan campuran senyawa uranium, dan sifat pemancaran radiasi seperti ini diberi nama radioaktivitas.
Radioaktivitas adalah emisi radiasi secara spontan. Eksperimen menunjukkan bahwa radioaktivitas merupakan hasil peluruhan atau desintegrasi inti yang tidak stabil. Tiga jenis radiasi yang dapat diemisikan, yaitu partikel alfa, partikel beta dan sinar gama. Partikel alfa merupakan inti 4He. Partikel beta dapat berupa elektron atau positron. Sebuah positron adalah antipartikel dari elektron, massanya sama seperti elektron kecuai muatannya +e. Sinar gama merupakan foton berenergi tinggi. Kemampuan daya tembus partikel-partikel tersebut berbeda beda. Partikel a tidak dapat melalui kertas, sedangkan beta dan gama mampu. Partikel b tidak dapat melalui aluminium, sedangkan gama mampu dan tidak dapat melalui timah. Radiasi akan mengionisasi atom dalam sel hidup, akibatnya akan dapat merusak sel dan menyebabkan kanker atau leukaemia. Diluar tubuh, b dan g lebih berbahaya karena dapat menembus kulit dan masuk ke organ tubuh. Sedangkan di dalam tubuh, radiasi a lebih berbahaya karena tidak punya cukup energi untuk keluar dari tubuh dan memiliki daya ionisasi paling besar untuk merusak sel. Partikel _ dan g kurang berbahaya dibanding a karena memiliki energi yang cukup untuk keluar dari tubuh.
Inti yang tidak stabil tersebut ternyata akan mengalami perubahan secara spontan agar mampu mencapai keadaan stabil. Inti yang tidak stabil tersebut memiliki jumlah neutron yang lebih banyak ataupun inti dengan proton yang lebih sedikit (sehingga perbandingan neutron dan protonnya diatas 1,56) . Untuk mencapai keadaan stabil maka neutron akan dirubah menjadi proton dan (pada saat yang bersamaan dipancarkan) elektron – yang tidak lain dan tidak bukan adalah partikel beta sehingga:
********** Neutron ==> Proton + Negative Beta Particle
muatan 0 +1 -1
Massa 1 1 0
Menurut hukum kekekalan energi, muatan dan massa di sisi kiri anak panah haruslah sama dengan sisi kanan anak panah. Dari bagan diatas, hukum kekekalan energi telah terpenuhi. Namun ternyata masih ada yang kurang dari bagan tersebut, karena Pauli mempostulatkan bahwa terdapat partikel lain yang turut dibebaskan selain partikel beta, partikel tersebut bernama Neutrino ; memiliki massa diam nol dan tidak memiliki muatan namun memiliki sejumlah energi yang dibebaskan pada transformasi radioaktif, karena sifatnya yang tak bermuatan dan tak bermassa tersebut – maka wajar jika partikel tersebut sulit untuk di deteksi, keberadaan neutrino baru bisa dipastikan ketika teknologi sintilasi cair ditemukan.
Sekarang kita kembali ke bagan tersebut, hasil dari bagan tersebut sekali lagi menunjukkan bahwa keberadaan 1 neutron telah diganti posisinya oleh 1 proton sehingga otomatis dari hasil transformasi (inti anak) memiliki nomer atom yang lebih besar satu dari pada unsur induknya meskipun pada kenyataanya nomer massanya tetap sama. Dengan kata lain, peluruhan beta menjadikan suatu unsur induk berubah menjadi unsur yang lain dengan nomer massa yang sama.
Pada unsur baru ini perbandingan neutron proton pada inti akan menjadi lebih kecil dari pada inti unsur induknya, hal ini dikarenakan perubahan neutron menjadi proton sama saja dengan pengurangan jumlah neutron dan diikuti dengan penambahan jumlah proton. Konsekuensinya inti anakan akan cenderung lebih stabil ketimbang unsur induknya. Tapi ini tidak serta merta menandakan unsur tersebut sudah pasti tidak bersifat radioaktif. Mungkin saja unsur tersebut masih bersifat radioaktif – memancarkan partikel beta dan berubah menjadi isotop unsur yang lain lagi. Baru setelah dua atau tiga kali tahap transformasi – yang mengkonversi neutron menjadi proton sekaligus melepaskan partikel beta-, maka unsur stabil akan terbentuk.
Selain jumlah neutron yang lebih besar atau jumlah proton yang lebih sedikit maka ada juga keadaan dimana jumlah proton terlalu besar sehingga agar perbandingan neutron dan proton berada pada rentang kestabilan untuk massa atom tertentu maka proton tersebut haruslah diubah menjadi neutron dan pada keadaan yang bersamaan elektron positif atau disebut juga positron dibebaskan sehingga :
************ Proton ==> Neutron + Positive Beta Particle
muatan +1 0 +1
Massa 1 1 0
Inti yang dihasilkan akan memiliki nomer atom lebih kecil satu angka daripada inti induknya meskipun nomer massanya adalah sama. Dan lagi- lagi memang unsur tersebut cenderung lebih stabil namun mungkin masih bersifat radioaktif sehingga setelah beberapa transformasi disintegrasi positron akan tercapai inti yang berada pada rentang kestabilan
Sekarang bagaimana jika perbandingan neutron dan proton berada jauh di bawah rentang kestabilan? Ada dua jalan agar inti tersebut menjadi stabil, yang pertama dengan jalan memancarkan partikel alfa dan yang kedua dengan jalan menangkan elektron negatif dari luar atom sehingga terjadi kebalikan proses disintegrasi beta yang telah dijelaskan diatas.
Radioaktivitas fartikel alfa
Emisi Partikel AlfaPartikel alfa pada dasarnya terdiri dari 2 proton dan 2 netron atau identik dengan inti helium. Partikel ini sangat masif dan berenergi tinggi serta dipancarkan dari inti isotop radioaktif yang memiliki rasio netron terhadap proton yang terlalu rendah.
84210Po ----------------> 24He + 82206Pb
Pada contoh tentang peluruhan Polonium diatas dapat dilihat bahwa rasio netron terhadap proton dari polonium adalah 1.5 : 1 . Namun setelah mengalami peluruhan dengan menembakkan partikel alfa, maka dihasilkan unsur Pb-82 yang stabil dengan rasio netron terhadap proton 1,51 : 1
Suatu inti yang memancarkan partikel alfa, terkadang meninggalkan keadaan eksitasi pada inti anakan, yang kemudian menghasilkan emisi sinar gamma untuk mengembalikan inti pada keadaan dasar (stabil). Seperti contoh yang terjadi pada tranformasi inti 226Ra menjadi 222Rn dimana energi partikel alfa sebesar 7.77 MeV dipancarkan sehingga mengghasilkan inti 222Rn yang stabil. dan energi partikel alfa sebesar 4,591 MeV dipancarkan dan meninggalkan keadaan tereksitasi yang kemudian kembali ke keadaan stabil dengan sebelumnya memancarkan sinar gamma sebesar 0.186 MeV.
Yang menjadi misteri menurut Fisika Klasik, partikel alfa tidaklah memiliki cukup energi untuk keluar dari potensial barier inti. Hal ini diketahui setelah radius inti dapat ditentukan melalui Eksperimen Hamburan Rutherford sehingga memungkinkan diketahuinya tinggi potensial barier pada inti atom yang ternyata memiliki energi yang lebih tinggi dari energi partikel alfa yang mampu diamati dalam eksperimen. Pemecahan atas masalah ini muncul dalam mekanika kuantum yakni sebuah partikel alfa dapat terlepas dari sumur potensialnya melalui efek terobosan kuantum.
Partikel alfa, karena memiliki muatan listrik dan massa yang relatif besar menyebabkan partikel ini memiliki kemampuan yang sangat terbatas dalam menembus bahan dan menjadi cepat kehilangan energi di udara. Sehelai kertas tisu bahkan kulit mati tsudah cukup tebal untuk menyerap semua radiasi alfa yang keluar dari bahan - bahan radioaktif.
Ini mengakibatkan radiasi alfa yang berasal dari sumber - sumber di luar tubuh bukan merupakan sebuah bahaya. Namun akan menjadi bahaya jika isotop -isotop pemancar alfa tersebut terendap secara internal (di dalam tubuh) seperti terhirup, tertelan, atau bahkan terserap ke dalam aliran darah. Sehingga tidak ada lagi shielding effectberupa lapisan terluar kulit mati. Ini dapat menyebabkan radiasi alfa tersebut dihamburkan pada jaringan hidup, sehingga berakibat toksin, yakni menimbulkan resiko kanker, khususnya setelah diketahui bahwa radiasi alfa dapat menyebabkan kanker paru - paru ketika sumber radiasi alfa tak sengaja terhisap.
Muatan positif dari partikel alfa sangat berguna dalam industri. Misalnya, radium-226 dapat digunakan untuk pengobatan kanker, yakni dengan memasukkan jumlah kecil radium ke daerah yang terkena tumor. Polonium-210 berfungsi sebagai alat static eliminator dari paper mills di pabrik kertas dan industri lainnya. Beberapa Detektor asap memanfaatkan emisi alfa dari americium-241untuk membantu menghasilkan arus listrik sehingga mampu membunyikan alarm saat kebakaran.
Partikel Beta merupakan suatu partikel subatomik yang terlempar dari inti atom yang tidak stabil – beta. Partikel tersebut ekuivalen dengan elektron dan memiliki muatan listrik negatif tunggal -e ( -1,6 x 10-19 C ) dan memiliki massa yang sangat kecil ( 0.00055 atomic mass unit ) atau hanya berkisar 1/2000 dari massa neutron atau proton. Perbedaannya adalah partikel beta berasal dari inti sedangkan elektron berasal dari luar inti. Kecepatan dari partikel beta adalah beragam bergantung pada energi yang dimiliki oleh tiap – tiap partikel. Karena pertimbangan – pertimbangan teoritis tidak memperkenankan eksistensi independen dan dari elektron intra nuklir, maka dipostulatkan bahwa partikel terbentuk pada saat pemancaran oleh transformasi suatu neutron menjadi sebuah proton dan sebuah elektron sesuai dengan persamaan
01n ——–>11H + -10e
Transformasi tersebut memperlihatkan bahwa penurunan beta terjadi diantara isotop – isotop yang memiliki kelebihan jumlah neutron. Sehingga neutron yang berlebih tersebut bertransformasi menjadi proton dan elektron seperti yang telah dijelaskan diatas, proton yang dihasilkan dari transformasi tersebut akan tetap berada pada inti, sedangkan elektron yang dihasilkan akan terlempar dengan energi yang tinggi. Proses ini akan mengakibatkan jumlah neutron dari suatu atom tersebut berkurang satu sedangkan jumlah protonnya bertambah satu. Karena jumlah proton dari suatu atom menentukan unsur, maka transformasi neutron menjadi proton tersebut akan merubah radionuklida tersebut menjadi unsur yang lain. Seperti contoh transformasi fosfor radioaktif yang menjadi sulfur stabil yang sesuai dengan persamaan :
15 32P ——–>16 32S + -1 0e + 1,71 MeV
Dapat diperhatikan bahwa – seperti yang telah dijelaskan, selama transformasi beta terdapat satu muatan negatif yang hilang, dan karena massa partikel beta jauh lebih kecil daripada 1 amu (atomic mass unit ), maka inti anakan akan memiliki nomer atom yang lebih besar 1 amu daripada nomer atom induk, sedangkan nomer massa akan tetap 32 amu. Energi transformasi dalam contoh ini sebesar 1,71 MeV merupakan energi yang setara dengan selisih massa antara inti 32P dan jumlah inti 32S ditambah dengan partikel Beta. Energi ini muncul sebagai energi kinetik dari partikel beta tersebut.
Eksperimen terhadap peluruhan beta mengungkapkan bahwa partikel beta dipancarkan dengan suatu distribusi yang kontinu yang berkisar dari nol hingga nilai yang diharapkan secara teoritis yang didasarkan pada pertimbangan – pertimbangan energi – massa untuk transisi beta khusus , bukan mono-energitik seperti halnya partikel alfa. Anomali lain adalah fakta bahwa nuclear recoil tidak berada pada arah yang berlawanan dengan momentum elektron. Terjadinya pancaran partikel lain adalah penjelasan yang paling mungkin untuk menjelaskan tingkah laku ini, tetapi eksperimen tidak menemukan sebuah bukti berupa massa dan muatan lain dari peristiwa ini. Fakta ini nampaknya menyimpang dari hukum – hukum kekekalan energi dan massa. Untuk menghindari penyimpangan ini, pada tahun 1930, Pauli mengusulkan suatu hipotesa tentang keberadaan suatu partikel yang disebut dengan neutrino yang menyertai partikel beta yang energinya sama dengan selisih antara energi kinetik yang menyertai partikel beta dan energi maksimum dari distribusi spektrum, neutrino – seperti yang didalilkan haruslah tidak bermuatan dan memiliki massa yang tak berhingga kecilnya, sehingga dengan karakteristik ini maka partikel ini akan sangat sulit dideteksi. Namun demikian pembuktian akan keberadaan partikel ini secara eksperimental barulah tercapai pada tahun 1950. Sehingga persamaan transformasi beta harus dimodifikasi menjadi
01n ——–>11H + -10e + ν
dengan ν adalah neutrino
Fosfor-32, seperti halnya pemancar beta yang lain yang meliputi H-3, C-14, Y-90, tidak memancarkan sinar gamma (disebut sebagai pemancar beta murni). Lawan dari pemancar beta murni adalah pemancar beta – gamma (partikel beta (dengan seketika) diikuti oleh pemancaran sinar gamma) dalam hal ini Inti anakan setelah terjadi pemancaran sinar beta akan tertinggal dalam keadaan teraktivasi, dan keumdian energi aktivasi tersebut dilepaskan melalui pemacaran sinar gamma. Salah satu contoh isotop pemancar beta-gamma adalah Hg-203
Daya tembus partikel beta untuk menembus jaringan bergantung pada energi yang dimiliki partikel tersebut, sehingga radiasi partikel beta juga merupakan bahaya radiasi eksternal jika memiliki energi diatas 200 keV sehingga tingkat bahaya haruslah dievaluasi untuk setiap kasus. Sinar – sinar beta yang energinya kurang dari 200 keV tidak dianggap sebagai bahaya radiasi eksternal karena memiliki daya tembus yang sangat terbatas seperti halnya S-35 dan C-14. Namun yang perlu diperhatikan adalah bahwa sinar – sinar beta akan memicu sinar-X Bremsstrahlung yang berdaya tembus tinggi jika dihentikan melalu shielding yang tidak dirancang sebagaimana mestinya dan langkah – langkah pencegahan yang sesuai tidak dilakukan.
Penyinaran langsung dari partikel beta adalah berbahaya karane emisi dari pemancar beta yang kuat bisa memanaskan atau bahkan membakar kulit. Namun masuknya pemancar beta melalui penghirupan dari udara menjadi perhatian yang serius karena partikel beta langsung dipancarkan ke dalam jaringan hidup sehingga bisa menyebabkan bahaya di tingkat molekuler yang dapat mengganggu fungsi sel. Karena partikel beta begitu kecil dan memiliki muatan yang lebih kecil daripada partikel alfa maka partikel beta secara umum akan menembus masuk ke dalam jaringan, sehingga terjadi kerusakan sel yang lebih parah.
Radionuklida pemancar beta terdapat di alam dan juga merupakan buatan manusia. Seperti halnya Potassium – 40 dan Carbon-14 yang merupakan pemancar beta lemah yang ditemukan secara alami dalam tubuh kita. Pemancar beta digunakan untuk medical imaging, diagnosa, dan prosedur perawatan (seperti mata dan kanker tulang), yakni technetium-99m, phosphorus-32, and iodine-131. Stronsium-90 adalah bahan yang paling sering digunakan untuk menghasilkan partikel beta. Partikel beta juga digunakan dalam quality control untuk menguji ketebalan suatu item seperti kertas yang datang melalui sebuah system of rollers. Beberapa radiasi beta diserap ketika melewati produk. Jika produk yang dibuat terlalu tebal atau terlalu tipis maka radiasi dengan jumlah berbeda akan diserap. Sebuah program computer akan memantau kualitas dari kertas yang diproduksi tersebut berdasarkan jumlah radiasi yang diteruskan melalui kertas tersebut, sehingga program komputer tersebut memindahkan rollersuntuk mengubah ketebalan sesuai dengan kualitas yang telah ditentukan sebelumnya.
Radioaktivitas – Sinar Gamma
Setelah tertunda sekian lama, saya ingin melanjutkan kembali serial tulisan saya tentang radioaktivitas, kali ini adalah Sinar Gamma. Sinar Gamma begitu istimewa dibandingkan dengan sinar/partikel radioaktif lainnya dikarenakan dia tidak memiliki massa dan muatan. Sinar Gamma memiliki panjang gelombang yang paling kecil dan energi terbesar dibandingkan spektrum gelombang elektromagentik yang lain, ( sekitar 10 000 kali lebih besar dibandingkan dengan energi gelombang pada spektrum sinar tampak ). Selain itu, sinar gamma memiliki daya ionisasi yang paling rendah namun jangkauan tembus yang paling besar dibandingkan sinal beta dan alfa
Sinar gamma muncul dari inti atom yang tidak stabil dikarenakan atom tersebut memiliki energi yang tidak sesuai dengan kondisi dasarnya(groundstate). Energi gamma yang muncul antara satu radioisotop dengan radioisotop yang lain adalah berbeda – beda dikarenakan setiap radionuklida memiliki emisi yang spesifik. Sinar gamma juga dapat ditemui di dalam alam semesta, dimana sinar gamma berjalan melintasi jarak yang teramat luas di alam semesta , yang kemudian pada akhirnya terserap oleh atmosfer bumi. Perlu diketahui, panjang gelombang yang beberbeda pada gelombang elektromagnetik akan menembus atmosfer dengan kedalaman yang berbeda pula.
Karena daya tembusnya yang begitu tinggi, sinar gamma mampu menembus berbagai jenis bahan, termasuk jaringan tubuh manusia. Material yang memiliki densitas tinggi seperti timbal sering digunakan sebagai shielding untuk memperlambat atau menghentikan foton gamma yang memancar.
Sinar gamma awalnya ditemukan oleh seorang fisikawan prancis yang bernama Pada waktu itu, tahun 1896, om Henri 
menemukan mineral uranium yang ternyata menghitamkan plat fotografi meskipun dilapisi oleh lapisan kertas buram tebal.
menemukan mineral uranium yang ternyata menghitamkan plat fotografi meskipun dilapisi oleh lapisan kertas buram tebal.Sebelum itu, Rontgen telah menemukan Sinar- X dan Becquerel melihat bahwa sinar yang dipancarkan oleh uranium tersebut mirip dengan sinar X, sehingga ia menyebut sinar tersebut “metallic phosphorescence.”
Untuk mengetahui secara mendalam tentang sinar gamma tentu perlu diketahui macam interaksi yang terjadi pada sinar gamma terhadap materi yakni,
1. Efek Fotolistrik
2. Efek Compton
3. Produksi pasangan
Tiga interaksi yang terjadi pada sinar gamma terhadap materi ini akan dibahas pada tulisan saya yang lain
Daya tembus dari foton gamma memiliki banyak aplikasi dalam kehidupan manusia, dikarenakan ketika sinar gamma menembus beberapa bahan, sinar gamma tidak akan membuatnya menjadi radioaktif. Sejauh ini ada tiga radionuklida pemanacar gamma yang paling sering digunakan yakni cobalt-60, cesium-137 dan technetium-99m.
Cesium -137 bermanfaat digunakan dalam perawatan kanker, mengukur dan mengontrol aliran fluida pada beberapa proses industri, menyelidikisubterranean strata pada oil wells, dan memastikan level pengisian yang tepat untuk paket makanan, obat – obatan dan produk yang lain.
Pada Cobalt-60 bermanfaat untuk: sterilisasi peralatan medis di rumah sakit, pasteurize beberapa makanan dan rempah, sebagai terapi kanker, mengukur ketebalan logam dalam stell mills.
Sedangkan Tc-99m adalah isotop radioaktif yang paling banyak digunakan secara luas untuk studi diagnosa sebagai radiofarmaka. (Technetium-99m memiliki waktu paru yang lebih singkat). Radiofarmaka ini digunakan untuk mendiagnosa otak, tulang, hati dan juga mampu menghasilkan pencitraan yang dapat digunakan untuk mendiagnosa aliran darah pasien
Sebagian besar manusia terpapar gamma secara alamiah yang terjadi pada beberapa radionuklida tertentu seperti potassium-40 yang dapat ditemukan pada tanah dan air, dan juga daging serta makanan yang memiliki kadar potassium tinggi seperti pisang. Radium juga merupakan sumber dari paparan radiasi gamma. Namun, bagaimanapun juga, peningkatan penggunaan terhadap instrumentasi kedokteran nuklir (seperti untuk diagnosa tulang, thyroid, dan lung scans) juga turut memberikan andil terhadap proporsi peningkatan paparan pada banyak orang.
Kebanyakan paparan yang terjadi pada sinar gamma merupakan jenis paparan eksternal. Sinar gamma ( dan juga sinar X ) sebagaimana diketahui sebelumnya- mudah untuk melintasi jarak yang besar di dalam udara dan mampu menembus jaringan tubuh hingga beberapa sentimeter. Sebagian besar dari sinar gamma tersebut memiliki energi yang cukup untuk menembus tubuh manusia, dan memapar semua organ yang ada di dalam tubuh tersebut.
Sehingga dalam kasus sinar gamma, baik paparan eksternal dan internal menjadi perhatian utama dalam proteksi dan keselamatan radiasi. Ini dikarenakan sinar gamma mampu melintas dengan jarak yang lebih jauh ketimbang partikel alfa dan beta serta memiliki cukup energi untuk melintasi keseluruhan tubuh, sehingga berpotensial untuk memapar semua organ tubuh.
Sejumlah besar dari radiasi gamma secara besar – besaran mampu melewati tubuh tanpa berinteraksi dengan jaringan. Ini dikarenakan pada tingkat atomik, tubuh sebagian besar terdiri dari ruangan kosong sedangkan sinar gamma memiliki ukuran yang lebih kecil dari ruang – ruang tersebut. Berbeda dengan partikel alfa dan beta yang ketika berada di dalam tubuh akan melepaskan semua energi yang mereka miliki dengan menubruk jaringan dan menyebabkan kerusakan pada jaringan tersebut.
Sinar gamma bisa mengionisasi jaringan secara langsung atau menyebabkan yang disebut dengan “secondary ionizations.” yakni ionisasi yang disebabkan ketika energi dari sinar gamma ditransfer ke partikel atomik seperti elektron ( identik dengan partikel beta) yang kemudian partikel berenergi tersebut akan berinteraksi dengan jaringan untuk membentuk ion, inilah yang disebut secondary ionizations.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar