Radioaktifitas

                Radioaktivitas merupakan hasil dari disintegrasi atau peluruhan inti atom yang tidak stabil. Kestabilan inti dipengaruhi oleh perbandingan jumlah neutron dan proton dalam inti tersebut. Sebuah kurva yang menunjukan perbandingan ini dapat dilihat pada Gambar 2-1.

 Gambar 2-1 : Grafik hubungan antara jumlah Neutron (N) dan Proton (Z). Untuk inti atom yang lebih berat, N relatif lebih besar dari pada Z. Kelompok nuklida stabil yang berada di sepanjang kurva dinamakan garis kestabilan.

Pada nilai Z yang rendah, inti atom yang stabil cenderung memiliki perbandingan jumlah neutron N dan proton Z yang sama, sedangkan ketika jumlah Z meningkat, jumlah N cenderung melebihi jumlah Z. Oleh karena itu, kurva yang terdapat pada Gambar 2-1, nuklida-nuklida stabil berada pada daerah yang dinamakan garis kestabilan (Fishbane dkk, 2005).

Suatu bahan yang dapat menunjukan gejala radioaktifitas dinamakan bahan radioaktif. Bahan ini mengandung inti-inti yang tidak stabil, sehingga menyebabkan inti tersebut meluruh sambil melepaskan beberapa radiasi yang memiliki karakteristik yang berbeda.

           Pada tahun 1898 Rutherford dan ilmuwan lainnya telah mempelajari keberadaan sinar (rays) yang teremisi ketika terjadi peristiwa radioaktivitas. Mereka menemukan  bahwa sinar-sinar tersebut dapat diklasifikasikan menjadi tiga tipe berdasarkan  daya tembus mereka ketika mengenai bahan. Tipe pertama memiliki sifat dapat menembus selembar kertas. Tipe berikutnya dapat melewati pelat aluminium setebal 3 mm, dan tipe yang terakhir dapat melewati beberapa cm dari ketebalan logam timbal. Ketiga tipe ini kemudian berturut-turut diberi nama radiasi alfa(α), beta(β) dan gamma(γ).

Gambar 2-2 : Kinetika beberapa radiasi pada medan magnet.

Disamping daya tembusnya terhadap bahan, ketiga jenis radiasi tersebut memiliki muatan yang berbeda. Hal ini ditunjukan dengan menempatakan radiasi tersebut pada medan magnet. Ketika radiasi α, β dan γ tersebut melewati medan magnet, masing-masing radiasi akan dibelokan pada arah yang berbeda (Gambar 2-2). Sehingga dari eksperimen ini disimpulkan bahwa radiasi α bermuatan positif, β bermuatan negatif dan γ bersifat netral. Berkaitan dengan hal itu beberapa radiasi yang dipancarkan ini ternyata mirip dengan partikel yang sudah dikenal, dimana radiasi γ adalah foton berenergi yang sangat tinggi yang energinya bahkan lebih tinggi dari sinar-X, radiasi β adalah elektron dan radiasi α  tidak lain merupakan inti dari atom helium ( ⁴He ).

Lebih jauh lagi, ketiga jenis radiasi tersebut jika mengenai suatu atom atau molekul, maka dapat menyebabkan terjadinya ionisasi (perubahan atom atau molekul menjadi ion) baik secara langsung maupun tidak. Oleh karena itu radiasi α, β dan γ juga tergolong dalam jenis radiasi pengion.

Peluruhan zat radioaktif

Peluruhan zat radioaktif merupakan proses pengurangan komposisi inti (proton dan neutron) dari suatu atom yang tidak stabil. Karena terjadinya pengurangan pada komposisi inti atom, proses ini menghasilkan atom lain yang lebih stabil. Sebagai contoh, sebuah inti atom ²³⁸U pada saat meluruh menghasilkan inti ²³⁴Th dan partikel ⁴α yang dapat ditulis dalam reaksi peluruhan berikut :

²³⁸U → ²³⁴Th + ⁴α

Inti atom ²³⁴Th yang terbentuk pada reaksi diatas sesungguhnya masih merupakan atom radioaktif, sehingga peluruhan akan terus berlangsung hingga akhirnya diperoleh inti atom yang stabil.

Kehadiran suatu zat radioaktif dalam kehidupan sehari-hari jarang ditemukan dalam bentuk atom tunggal, akan tetapi sejumlah atom akan terakumulasi dalam bentuk padat maupun cair. Sehingga dalam banyak aplikasi sangat penting sekali menghitung berapa jumlah inti atom yang meluruh pada waktu tertentu.

Jika dianggap pada selang waktu Δt suatu inti atom meluruh, maka perubahan jumlah inti atom ΔN akan sebanding dengan jumlah atom N dan interval waktu  Δt. Perubahan jumlah inti atom dapat dirumuskan dengan

∆N ≈ -N∆t          (1)

Tanda negatif muncul karena selama peluruhan nilai N akan berkurang. Karena peluruhan merupakan proses yang bersifat acak, maka pada sisi kanan persamaan diberi sebuah konstanta λ yang menunjukan kebolehjadian dalam proses peluruhan. Konstanta ini memiliki dimensi waktu resiprok (reciprocal time) yaitu 1/sekon. Adapun persamaan (1) berubah menjadi

∆N = -λN∆t     (2)

Dengan memproses lebih lanjut persamaan 2 akan diperoleh persamaan baru sebagai berikut :

N = N_oe^-λt     (3)

dimana N₀ adalah jumlah inti atom awal dan N jumlah atom pada waktu t.

Kecepatan peluruhan sampel radioaktif tertentu biasanya diukur dengan waktu paruh, t_1/2, yang didefinisikan sebagai interval waktu dimana jumlah inti atom induk dibagian awal interval akan berkurang oleh faktor setengah. Paruh waktu diperoleh dalam bentuk λ sebagai

t_1/2 = ln2/λ =0,693/ λ     (4)

Dengan demikian, setelah memulai dengan inti atom dengan jumlah N₀, N₀/2 akan tertinggal setelah waktu t_1/2 (Gautreau &Savin,2006).

Aktivitas zat radioaktif

Aktivitas zat radioaktif menyatakan jumlah zat radioaktif yang melakukan peluruhan (desintegrasi) setiap satuan waktu. Untuk menyatakan aktivitas zat radioaktif digunakan satuan becquerel, yang disingkat Bq. Zat radioaktif dikatakan beraktifitas satu Bq apabila zat itu melakukan satu kali peluruhan setiap detiknya. Jadi :

1 Bq = 1 disintegrasi per sekon (dps)

Satuan Bq merupakan satuan yang sangat kecil.

Selain Bq, satuan lain yang juga digunakan untuk menyatakan aktivitas zat radioaktif, yaitu dalam curie yang disingkat Ci. Pada umumnya untuk zat radioaktif dengan tingkat aktivitas rendah digunakan satuan Bq, sedangkan untuk aktivitas tinggi digunakan satuan Ci. Satu Ci semula didefinisikan sebagai aktivitas 1 gram Radium-226 yang melakukan peluruhan 3,7 x 10¹⁰ disintegrasi per sekon (dps). Karena 1 dps = 1 Bq, maka

1 Ci = 3,7 x 10¹⁰ Bq     (5)

Aktivitas zat radioaktif hanya menunjukkan jumlah inti radioaktif yang melakukan peluruhan, tetapi tidak menunjukkan jumlah radiasi yang dipancarkannya. Dalam setiap kali melakukan peluruhan, zat radioaktif dapat memancarkan lebih dari satu macam radiasi.

Mengingat aktivitas zat radioaktif menyatakan jumlah zat yang meluruh (ΔN) tiap satuan waktu (Δt), maka aktivitas dari suatu zat radioaktif dapat dirumuskan sebagai berikut :

A = ∆N/∆t = λN     (6)

dengan :     A = aktivitas zat radioaktif (Bq)

                  λ  = konstanta peluruhan (s^-1)

                  N = jumlah atom radioaktif

Jumlah atom radioaktif selalu berkurang setiap saat karena terjadinya peluruhan. Oleh karena itu, aktivitas zat radioaktif pun selalu berkurang setiap saat. Dari persamaan (3 ) dan ( 6) diperoleh :

N = N_oe^-λt

λN = λN_oe^-λt

A_t = A_oe^-λt    (7)

dengan :     A_t = aktivitas zat radioaktif setelah waktu t

                 A_o = aktivitas zat radioaktif mula-mula