RADIOAKTIF

A.    Sejarah Penemuan Unsur Radioaktif Berawal dari penemuan sinar X pada tahun 1895 oleh Wilhelm Konrad

Rontgen (1845 – 1923) bahwa beberapa unsur dapat memancarkan sinar-sinar tertentu. Para ahli tertarik untuk mengadakan penelitian tentang unsur tersebut. Setahun kemudian Antoine Henre Becquerel (1852 – 1908) mengamati garam uranik sulfat (K2UO2(SO4)2) memancarkan sinar (radiasi) secara spontan. Gejala ini dinamakan keradioaktifan, sedangkan unsur yang memancarkan radiasi disebut unsur radioaktif. Pada tahun 1898, Marie Sklodowska Curie (1867 – 1934) bersama suaminya, Pierre Curie (1859 – 1906) berhasil menemukan dua unsure radioaktif yaitu Polonium (Po) dan Radium (Ra). Karena jasa mereka di bidang keradioaktifan pada tahun 1903, Henry Bequerel bersama Pierre dan Marie Curie memperoleh hadiah nobel.

(Syukri, 1999 ; 650)

B.     Sinar Radioaktif

Sinar yang dipancarkan oleh unsur radioaktif memiliki sifat-sifat:

1. dapat menembus lempeng logam tipis;

2. dapat menghitamkan pelat film;

3. dalam medan magnet terurai menjadi tiga berkas sinar.

Pada tahun 1898 Paul Ulrich Villard menemukan sinar radioaktif yang tidak dipengaruhi oleh medan magnet yaitu sinar gamma ( ). Setahun kemudian Ernest Rutherford berhasil menemukan dua sinar radioaktif yang lain, yaitu sinar alfa ( ) dan sinar beta (β).

1. Sinar Alfa

Sinar alfa merupakan inti helium (He) dan diberi lambang  atau     sinar  memiliki sifat-sifat sebagai berikut:

a. bermuatan positif sehingga dalam medan listrik dibelokkan ke kutub negatif;

b. daya tembusnya kecil ( < β < );

c. daya ionisasi besar ( > β>  ).

2. Sinar Beta (β)

Sinar beta merupakan pancaran elektron dengan kecepatan tinggi dan diberi lambang  atau   .

 Sinar beta memiliki sifat-sifat:

a. bermuatan negatif sehingga dalam medan listrik dibelokkan ke kutub positif;

b. daya tembusnya lebih besar dari

c. daya ionisasinya lebih kecil dari

3. Sinar Gamma

Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang pendek

Sinar γ memiliki sifat-sifat:

1. tidak bermuatan listrik, sehingga tidak dipengaruhi medan listrik;
2. daya tembusnya lebih besar dari α dan β ;
3. daya ionisasi lebih kecil dari α dan β .

Setelah penemuan keradioaktifan ini, terbukti bahwa dengan reaksi inti suatu unsur dapat berubah menjadi unsur lain. Bila unsur-unsur radioaktif memancarkan sinar  atau β maka akan berubah menjadi unsur lain.

• Bila unsur radioaktif memancarkan sinar  , akan menghasilkan unsur baru dengan nomor atom berkurang dua dan nomor massa berkurang empat

Contoh:

• Bila unsur radioaktif memancarkan sinar β , akan menghasilkan unsure baru dengan nomor atom bertambah satu dan nomor massa tetap

 

C.    Stabilitas Inti

Dalam inti atom terdapat proton dan neutron yang disebut nucleon (partikel penyusun inti). Suatu  inti atom (nuklida) ditandai jumlah proton dan jumlah neutron. Secara umum nuklida dilambangkan dengan:

            Symbol nuklida:

            X = unsure radio aktif

            A = nomor massa (jumlah p+ n)

            Z = nomor atom (jumlah p)

Macam-macam nuklida:

• Isotop: nuklida yang mempunyai jumlah proton sama tetapi jumlah neutron berbeda.

• nuklida yang mempunyai jumlah proton dan neutron sama tetapi jumlah proton berbeda.

• Isoton: nuklida yang mempunyai jumlah neutron sama

Inti atom tersusun dari partikel proton dan neutron. Kestabilan inti tidak dapat diramal dengan suatu aturan, namun ada beberapa aturan empiris yang dapat digunakan untuk mengenal inti yang stabil dan yang radioaktif.

1. Semua inti mengandung 84 proton (Z = 84) atau lebih tidak stabil.
2. Aturan Ganjil Genap

Diamati bahwa inti yang yang mengandung jumlah proton genap dan jumlah neutron genap lebih stabil dari inti yang mengandung jumlah proton dan neutron ganjil.

(Hiskia Ahmad, 2001; 186)

Inti yang stabil apabila memiliki harga n/p =1. Kestabilan inti dapat digambarkan sebagai berikut:

Sampai dengan nomor atom 80 inti-inti stabil semakin besar angka banding neutron dengan proton. Inti  adalah inti stabil terberat yang angka banding neutron-protonnya adalah 1. Inti yang tidak stabil (bersifat radioaktif) memiliki perbandingan n/p di luar pita kestabilan, yaitu:

1. di atas pita kestabilan

2. di bawah pita kestabilan

3. di seberang pita kestabilan

(Hiskia Ahmad, 2001; 186)

D.    Peluruhan

Inti yang tidak stabil akan mengalami peluruhan yaitu proses perubahan dari inti yang tidak stabil menjadi inti yang lebih stabil.

Jenis radiasi yang dipancarkan dari peluruhan zat radioaktif dapat dilihat dalam tabel berikut.

Tabel Sifat radiasi dan partikel dasar penyusun inti

Partikel Dasar	Massa Relatif	Muatan	Simbol	Jenis
Alfa	4	+2	α ,	Partikel
Beta	0	-1	β– ,	Partikel
Positron	0	+1	β+ ,	Partikel
Gamma	0	0		Gelombang electromagnet
Proton	1	+1	,	Partikel
Neutron	1	0		Partikel

Sumber: General Chemistry, Petrucci R. H, 2007

Inti atom yang tidak stabil akan mengalami peluruhan menjadi inti yang lebih stabil dengan cara:

a. Inti yang terletak di atas pita kestabilan n/p > 1  (kelebihan neutron) stabil dengan cara:

• Pemancaran sinar beta (elektron). Pada proses ini terjadi perubahan neutron menjadi proton.
• Memancarkan neutron. Proses ini jarang terjadi di alam, hanya beberapa inti radioaktif yang mengalami proses ini.

b.  Inti yang terletak di bawah pita kestabilan n/p < 1  (kelebihan proton), stabil dengan cara:

• Memancarkan positron. Pada proses ini terjadi perubahan proton menjadi netron.
• Memancarkan proton (proses ini jarang terjadi
• Menangkap elektron. Elektron terdekat dengan inti (elektron di kulit K) ditangkap oleh inti atom sehingga terjadi perubahan

c.  Inti yang terletak di seberang pita kestabilan (Z > 83) stabil dengan mengurangi massanya dengan cara memancarkan sinar α.

            (Pettruci, 2007; 227)

 

1. E.     Waktu paruh

Waktu paruh adalah waktu yang dibutuhkan unsur radioaktif untuk mengalami peluruhan sampai menjadi ½ kali semula (masa atau aktivitas).

Rumus:

    = massa setelah peluruhan

 = massa mula-mula

    T = waktu peluruhan

     = waktu paruh

Contoh:

Suatu unsure radio aktif mempunyai waktu paro 4 jam. Jika semula tersimpan 16 gram unsure radioaktif, maka berapa massa zat yang tersisa setelah meluruh 1 hari?

            Diketahui =  = 16 gram

                                    T  = 1 hari = 24 jam

                                      = waktu paro

Ditanya:           = ?

Jawab:

            Deret Keradioaktifan

Unsur-unsur radioaktif mengalami peluruhan dengan cara memancarkan sinar alfa, beta, dan gamma yang menghasilkan unsur baru yang pada umumnya juga masih bersifat radioaktif. Unsur hasil transmutasi ini akan meluruh lebih lanjut sehingga terjadi deret peluruhan yang berakhir setelah terbentuk unsur stabil.

Ada empat deret keradioaktifan yang terdiri dari:

• Deret uranium

Deret uranium dimulai dari dan berakhir menjadi

• Deret aktinium

Deret aktinium dimulai dari  dan berakhir menjadi

• Deret thorium

Deret thorium dimulai dari   dan berakhir menjadi

• Deret neptunium (buatan)

Deret neptunium dimulai dari   dan berakhir menjadi

                        Contoh: deret uranium

            (stabil)

Deret uranium tersebut dapat ditulis singkat menjadi:

            (Pettruci, 2007; 220)

 

1. F.     Reaksi Inti
   1. Reaksi peluruhan/desintegrasi adalah reaksi inti secara spontan memancarkan sinar/partikel tertentu.

Contoh:

1. Reaksi transmutasi adalah reaksi penembakan inti dengan partikel menghasilkan nuklida baru yang bersifat radioaktif

Contoh:

1. Reaksi fisi adalah reaksi pembelahan inti yang besar menjadi dua nuklida yang lebih kecil dan bersifat radioaktif

Contoh:

1. Reaksi fusi adalah reaksi penggabungan inti yang kecil menjadi nuklida yang lebih besar.

Contoh:

Pada beberapa hal, reaksi inti berbeda dengan reaksi kimia biasa. Perbedaan kedua reaksi tersebut adalah sebagai berikut:

Reaksi Inti	Reaksi Kimia Biasa
Terjadi perubahan struktur inti atom membentuk unsure baru. Contoh: Massa sebelum dan sesudah reaksi dapat berubah karena sebagian massa diubah menjadi energy. Tidak terjadi perubahan struktur inti atom (hanya perubahan pengelompokkan atom-atom).	Contoh: Mg + 2 HCl → MgCl2 + H2 Massa sebelum dan sesudag reaksi tetap.

            (Masterton, Hurley. 2009; 152)

 

 

1. G.    Penggunaan Tenaga Atom dan Radioisotop
   1. Sebagai Sumber Energi

Reaksi fisi dan fusi menghasilkan energi yang sangat besar. Energi dari reaksi ini dapat digunakan sebagai sumber energi yang dapat menggantikan bahan bakar minyak dan batu bara.

1. Sebagai Perunut

Radiasi yang dipancarkan radioisotop dapat diikuti dengan detektor. Dengan demikian perpindahan/gerak radioisotop dapat terdeteksi.

Partikel α atau β yang masuk ke dalam tabung Geiger akan mengionkan gas dalam tabung tersebut. Ion yang terjadi memungkinkan pula arus listrik di antara dua elektroda. Pulsa listrik dikuatkan dengan amplifier selanjutnya akan terbaca pada pengukur.

1. Radiasi Mempengaruhi Materi

Radiasi dari radioisotop dapat mengionkan materi yang dilaluinya. Dengan demikian materi yang terkena radiasi dapat mengalami perubahan sifat.

1. Materi Mempengaruhi Radiasi

Radiasi dari radioisotop yang melewati materi intensitasnya akan berkurang. Berkurangnya intensitas radiasi dapat untuk menentukan sifat materi yang dilalui, misalnya kerapatan dan ketebalan suatu materi.

Berdasar prinsip-prinsip di atas radioisotop digunakan dalam berbagai bidang, yaitu sebagai berikut.

1. Bidang Kimia

Radioisotop digunakan dalam bidang kimia antara lain untuk mempelajari mekanisme reaksi, pengaruh katalis pada reaksi, mengidentifikasi unsur dan menentukan konsentrasi suatu unsur dalam bahan.

Contoh:

Pada reaksi esterifikasi atom O pada H2O yang dihasilkan berasal dari asam karboksilat, hal ini dapat dipelajari dengan menggunakan radioisotope O-18.

Dengan *O adalah radioisotop O-18 terbukti bahwa atom O dalam H2O berasal dari asam karboksilat.

1. Bidang Biologi

Dalam bidang biologi radioisotop digunakan untuk mempelajari reaksi fotosintesis dan untuk menentukan lamanya unsur berada dalam tubuh. Pada reaksi fotosintesis oksigen yang diperlukan untuk membentuk karbohidrat berasal dari H2O bukan dari CO2.

Reaksi:

6CO­₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

1. Bidang Kedokteran

Sinar gamma yang dihasilkan Co-60 digunakan untuk menghancurkan kanker

Nuklida Co-60 memancarkan sinar gamma yang diarahkan pada sel kanker untuk menghancurkan pertumbuhan kanker. Radiasi sinar gamma diatur dengan alat pengukur radiasi sehingga berfungsi efektif.

1. Bidang Teknik dan Industri

Dalam bidang teknik dan industri, sinar yang dipancarkan isotop digunakan untuk mengukur ketebalan bahan, menentukan kerapatan sambungan logam, kebocoran bendungan dan pipa bawah tanah dan mengukur kepadatan aspal/ beton landasan pacu lapangan udara dan jalan raya.

1. Bidang Pertanian

Dalam bidang pertanian radioisotop digunakan untuk mempelajari cara pemupukan tanaman, pemberantasan hama, pengawetan hasil panen dan memperoleh bibit unggul. Sinar gamma dari isotop Co-60 atau Ce- 137 untuk iradiasi agar terjadi mutasi yang menghasilkan varietas yang unggul. Umbi-umbian dan biji-bijian dapat diawetkan dengan cara menunda pertunasan secara iradiasi.

            (Charles. W, 1992; 105)

 

1. H.    Produksi Radioisotop

Radioisotop yang digunakan untuk berbagai keperluan diproduksi dalam reaktor atom. Produksi radioisotop di Indonesia dikelola oleh Badan Tenaga Atom Nasional (BATAN). Sampai sekarang Indonesia telah memiliki 3 reaktor atom, yaitu sebagai berikut.

1. Reaktor Trigamark II (Training Research Isotop Production General Atomic Type Mark II) di Bandung.
2. Reaktor Kartini di Yogyakarta.
3. Reaktor Serbaguna G.A. Siwabessy di Serpong.

Reaktor Kartini merupakan reaktor penelitian untuk keperluan riset, sedangkan reaktor Trigamark II dan reaktor serbaguna G.A. Siwabessy selain untuk penelitian juga untuk produksi radioisotop yang diperlukan oleh BATAN dan beberapa instansi seperti rumah sakit dan perguruan tinggi. Beberapa radioisotop yang telah diproduksi Reaktor Trigamark, antara lain I-131, I-125, P-32, Mo-99, S-35, Co-60, dan Fe-59. Selain itu, energy yang dihasilkan oleh reaksi nuklir dalam reaktor atom dapat digunakan untuk pembangkit listrik yang dikenal dengan PLTN (Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir). Indonesia telah merencanakan dan mensosialisasikan pendirian PLTN. Doakan agar rencana tersebut berjalan lancar dan membawa manfaat bagi bangsa Indonesia.