Radio Akt i Vitas
-
Upload
komang-suardika -
Category
Documents
-
view
217 -
download
5
Transcript of Radio Akt i Vitas
MAKALAH PENGANTAR FISIKA INTI
RADIOAKTIVITAS
Oleh
Komang Suardika (0913021034)
JURUSAN PENDIDIKAN PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS MIPA
UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA SINGARAJA
2011
Radioaktivitas - 1 -
BAB IPENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Secara garis besar inti atom akan berada dalam dua keadaan 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 bekerja pada jangkauan yang lebih besar dan
gaya inti bekerja pada jangkauan yang kecil. Mengapa gaya elektrostatis pada
keadaan Z > N lebih besar? Karena gaya elektrostatis memiliki jangkauan yang
lebih luas dibandingkan dengan gaya inti, sehingga pada partikel proton dalam inti
berada pada jangkauan yang kecil 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. Gambar di bawah
berikut menunjukkan karakteristik gaya inti dan gaya elektroststis di dalam inti
atom.
Suatu inti atom berada dalam keadaan tidak stabil jika jumlah proton jauh
lebih besar dari jumlah netron atau sebaliknya. Berikut akan dibahas secara rinci
mengenai zat radioaktif.
Radioaktivitas - 2 -
Gambar : Gaya Inti terjadi pada partikel
yang saling berdekatan saja
Gambar :Gaya elektroststis terjadi pada partikel
yang berdekatan dan berjauhan
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, ada beberapa masalah yang perlu dikaji
lebih dalam diantaranya:
1.2.1 Bagaimana penemuan dan jenis-jenis Radioaktivitas
1.2.2 Bagaimana hukum Peluruhan Radioaktivitas
1.2.3 Bagaimana Peluruhan Radioaktif Berurutan
1.2.4 Bagaimana Keseimbangan Radioaktif
1.2.5 Bagaimana Deret Radioaktif Alam
1.2.6 Bagaimana Satuan Radioaktivitas
1.3 Tujuan Penulisan
1.3.1 Untuk mengetahui asal mula penemuan radioaktivitas dan jenis-
jenis Radioaktivitas
1.3.2 Untuk mengetahui Bagaimana hukum Peluruhan Radioaktivitas
1.3.3 Untuk mengetahui Bagaimana Peluruhan Radioaktif Berurutan
1.3.4 Untuk mengetahui Bagaimana Keseimbangan Radioaktif
1.3.5 Untuk mengetahui Bagaimana Deret Radioaktif Alam
1.3.6 Untuk mengetahui Bagaimana Satuan Radioaktivitas
1.4 Metoda penulisan
Metoda yang digunakan dalam penulisan makalah ini adalah metoda
kajian pustaka, yakni penulis mengumpulkan beberapa buku sumber yang ada
kaitannya dengan isi makalah yang kemudian menulis, menganalisis, merefleksi
ulang serta mencoba menguraikan kembali tentang berbagai tulisan yang relevan
dengan penulisan makalah ini.
Radioaktivitas - 3 -
BAB IIPEMBAHASAN
2.1 Penemuan dan Jenis-jenis Radioaktivitas
Radioaktivitas adalah kemampuan inti atom yang tak-stabil untuk
memancarkan radiasi menjadi inti yang stabil. Radioaktivitas merupakan suatu
fenomena dimana suatu bahan dapat memancarkan atau mengemisikan radiasi.
Materi yang mengandung inti tak-stabil yang memancarkan radiasi, disebut zat
radioaktif. Radioaktivitas suatu unsur radioaktif (radionuklida) dicirikan oleh
konstanta peluruhan (l), yang menyatakan laju peluruhan tiap detik, dan waktu
paro (t½) serta kwantitas waktu rata-rata (τ) . Ketiga besaran tersebut bersifat khas
untuk setiap radionuklida. Berdasarkan sumbernya, radioaktivitas dibedakan atas
radioaktivitas alam dan radioaktivitas buatan. Radioaktivitas buatan banyak
digunakan di berbagai bidang. Bahan pertama yang digunakan adalah Uranium.
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.
Pada tahun 1898, ia menemukan unsur baru yang sifatnya mirip dengan
bismut. Unsur baru ini dinamakan polonium diambil dari nama negara asal Marie
Curie, yaitu Polandia. Setelah itu H. Becquerel dan Marie Curie melanjutkan
penelitiannya dengan menganalisis pitch blend (bijih uranium). Mereka
berpendapat bahwa di dalam pitch blend terdapat unsur yang radioaktivitasnya
lebih kuat daripada uranium atau polonium. Pada tahun yang sama mereka
Radioaktivitas - 4 -
mengumumkan bahwa ada unsur radioaktif yang sifatnya mirip dengan barium.
Unsur baru ini dinamakan radium (Ra), yang artinya benda yang memancarkan
radiasi. Detail dari penemuan ini dapat dilihat pada pokok bahasan tentang
Penemuan Radioaktivitas Alam. Sampel radioaktif tidak dipengaruhi oleh
perubahan fisika maupun perubahan kimia. Perubahan fisika misalnya tekanan,
volume dan tempertur atau perubahan kimia itu tidak mengubah tingkat emisi atau
pancaran dari radiasi.
Perbedaan Sifat dari jenis Radiasi
Radioaktivitas merupakan suatu akibat peluruhan spontan pada suatu
atom yang menghasilkan unsur yang baru yang berbeda dari unsur semula atau
awalnya. Hal ini dikemukakan oleh E. Rutherford dan F. Soddy tahun 1902.
Setelah itu maka beberapa peneliti ingin melakukan penelitian tentang sifat
radiasi. Adapun sifat radiasi itu adalah:
Daya tembus yang kuat
Dapat mengionisasi
Kelakuan atau sifatnya dibawah pengaruh medan magnet atau
medan listrik.
Dari sifat-sifat radiasi tersebut, maka jenis radiasi dapat digolongkan
menjadi 3 golongan yaitu: partikel alpha (α), partikel betha (β), sinar gamma (γ).
Radioaktivitas - 5 -
Jenis-jenis radiasi tersebut memiliki sifat-sifat sesuai denga sifat dari
radiasi yaitu:
Sifat-sifat radiasi partikel alpha (α):
Peluruhan alfa adalah salah satu bentuk peluruhan radioaktif dimana
sebuah inti atom berat tidak stabil melepaskan partikel alfa dan meluruh menjadi
inti yang lebih ringan dengan nomor massa empat lebih kecil dan nomor atom dua
lebih kecil dari semula.
Sifat-sifat radiasi sinar apartikel alphaadalah sebagai berikut:
1. Daya tembus yang sangat lemah (dapat menembus selembar kertas).
2. Daya ionisasi tinggi. Sinar alpha bisa mengionisasi gas-gas yang ada
disekililingnya yang dilewati. Pada saat melintas, dia akan memberikan
energinya sehingga kecepatannya mencapai kecepatan termal sehingga
dia tidak bisa mengionisasi lagi dan hanya mampu menangkap electron
dan membentuk atom.
3. Mengalami pembelokkan pada medan listrik atau medan magnet.
4. Rasio muatan per massanya dua kali rasio muatan per massa ion
hydrogen (H) berarti massanya 4 kali massa ion hydrogen. Rasio ini
diperoleh dari pengukuran dengan metoda defleksi oleh medan listrik
dan medan magnet.
5. Kecepatan partikel alpha, berada pada jangkauan 1.4 x 10-9 cm/s
sampai 2.2 x 10-9 cm/s.
Radioaktivitas - 6 -
6. Partikel alpha mengakibatkan flouresensi. Flouresensi adalah
berpijarnya suatu bahan. Hal itu bisa terjadi karena adanya tumbukan
partikel pada layar flouresensi. Jika diteliti layar flouresensi pijaran
tersebut membentuk deret, pijaran ini berarti partikel alpha bersifat
diskrit.
Sifat-sifat radiasi Partikel Beta (β)
Peluruhan beta adalah peluruhan radioaktif yang memancarkan partikel
beta (elektron atau positron). Pada kasus pemancaran sebuah elektron, peluruhan
ini disebut sebagai peluruhan beta minus (β−), sementara pada pemancaran
positron disebut sebagai peluruhan beta plus (β+).
Sifat-sifat radiasi sinar beta adalah sebagai berikut:
1. Daya tembusnya lebih kuat dari partikel alpha, yaitu seratus kali lebih
kuat dari partikel alpha, tetapi pada selembar aluminium foil.
2. Daya ionisasi lebih kecildari partikel alpha
3. Mengalami pembelokan pada medan listrik dan medan magnet.
Pembelokannya lebih besar dari Alpha. Hal itu karena partikel Beta
memiliki massa yang lebih kecil dari partikel alpha sehingga lebih
mudah dibelokkan.
4. Untuk partikel beta, . Kecepatan partikel beta lebih besar dari partikel
alpha. Jangkauan kecepatan paling atas bisa mencapai kecepatan cahaya
yakni 0,99c.
Radioaktivitas - 7 -
5. Kemampuan untuk memendarkan bahan sangat bagus. Warnanya itu
tergantung pada bahan flouresensi.
Sifat-sifat radiasi Sinar Gamma
Sinar gamma (seringkali dinotasikan dengan huruf Yunani gamma, γ)
adalah sebuah bentuk berenergi dari radiasi elektromagnetik yang diproduksi oleh
inti radioaktifitas.
Sinar gamma tergolong spektrum elektromagnetik energi-tertinggi.
Mereka seringkali didefinisikan bermulai dari energi 10 keV/ 2,42 EHz/ 124 pm,
meskipun radiasi elektromagnetik dari sekitar 10 keV sampai beberapa ratus keV
juga dapat menunjuk kepada sinar X keras. Adapun sifat-sifat radiasi sinar gamma
adalah:
1. Daya tembusnya paling tinggi, yaitu seratus kali partikel beta.
2. Daya ionisasi dalam taraf yang sangat kecil. Bahkan dikatakan bahwa
sinar gamma hampir tidak bisa mengionisasi.
3. Tidak mampu dibelokkan oleh muatan listrik dan magnet. Hal itu
Karena sinar gamma tidak bermuatan.
4. Kecepatan sinar gamma sama dengan kecepatan cahay dan memiliki
energi yang besar.
5. Panjang gelombangnya 1,7 x 10-10 cm sampai 4,1 x 10-8 cm.
Radioaktivitas - 8 -
2.2 Hukum Peluruhan Radioaktif
Peluruhan radioaktif adalah kumpulan beragam proses di mana sebuah inti
atom yang tidak stabil memancarkan partikel subatomik (partikel radiasi).
Peluruhan terjadi pada sebuah nukleus induk dan menghasilkan sebuah nukleus
anak. Ini adalah sebuah proses acak sehingga sulit untuk memprediksi peluruhan
sebuah atom. Satuan internasional (SI) untuk pengukuran peluruhan radioaktif
adalah becquerel (Bq). Jika sebuah material radioaktif menghasilkan 1 buah
kejadian peluruhan tiap 1 detik, maka dikatakan material tersebut mempunyai
aktivitas 1 Bq. Karena biasanya sebuah sampel material radiaktif mengandung
banyak atom,1 becquerel akan tampak sebagai tingkat aktivitas yang rendah;
satuan yang biasa digunakan adalah dalam orde gigabecquerels.
Diasumsikan bahwa masing-masing inti yang tidak meluruh jika
mempunyai probabilitas λ maka inti akan meluruh beberapa detik kemudian
(asumsikan bahwa λ<<1). Pada waktu dt probabilitas masing-masing atom
menjadi λ dt yang meluruh. Jika N atom tidak meluruh pada waktu yang
ditentukan, banyaknya dN, akan meluruh pada waktu yang singkat, dt, dan
memberikan :
………………………………………………………
(1)
Masing-masing ruas dapat diintegrasikan dengan syarat waktu (t) = 0, dan
banyaknya atom radioaktif yang belum meluruh N0, yaitu:
…………………………………………………………(2)
Di mana N(t) adalah banyaknya atom radioaktif pada saat t
Probabilitas, λ, yang digunakan pada persamaan di atas disebut konstanta
peluruhan. Sehingga dapat digunakan aktivitas radioaktif pada setiap sampel, yang
digambarkan dengan banyaknya disintegrasi per detik yang diakibatkan dari
sebuah samapel. Dan dari persamaan (3), maka:
Radioaktivitas - 9 -
Aktivitas =
…………………………………………………. (3)
a. Waktu paruh (Half-life)
Waktu paro (t½) adalah waktu yang diperlukan oleh suatu radionuklida
untuk meluruh sehingga jumlahnya tinggal setengahnya. Radiasi radionuklida
mempunyai sifat yang khas (unik) untuk masing-masing inti. Peristiwa
pemancaran radiasi suatu radionuklida sulit untuk ditentukan, tetapi untuk
sekumpulan inti yang sama, kebolehjadian peluruhannya dapat diperkirakan.
Waktu paro bersifat khas terhadap setiap jenis inti.
Waktu paruh (half-life) dari sejumlah bahan yang menjadi subjek dari
peluruhan eksponensial adalah waktu yang dibutuhkan untuk jumlah tersebut
berkurang menjadi setengah dari nilai awal. Konsep ini banyak terjadi dalam
fisika, untuk mengukur peluruhan radioaktif dari zat-zat, tetapi juga terjadi dalam
banyak bidang lainnya. Tabel di kanan menunjukan pengurangan jumlah dalam
jumlah waktu paruh yang terjadi.
Setelah xwaktu paruh
Persen jumlahyang tersisa
0 100%
1 50%
2 25%
3 12,5%
4 6,25%
5 3,125%
6 1,5625%
7 0,78125%
... ...
Hubungan antara konstan peluruhan λ dan umur paro t1 / 2 dapat ditentukan
dengan mudah. Dan untuk waktu-paro akan berlaku, yaitu apabila t = t1 / 2, dan
aktivitas N telah menurun menjadi ½ N0. jadi,
Radioaktivitas - 10 -
Dengan mengambil logaritma alamiah kedua persamaan tersebut menjadi:
………………………………………… (4)
Karena t1 / 2 adalah waktu, maka λ adalah peluang per satuan waktu (det-1).
a. Umur rata-rata
Untuk mengetahui fenomena statistik alami ini, maka perlu digambarkan
kwantitas umur rata-rata (τ).
Umur rata-rata τ dari inti radioaktif dapat dihitung dengan penjumlahan
umur semua inti dan dibagi dengan total jumlah inti. Kira-kira dN1 inti
mempunyai waktu hidup t1, dN2 mempunyai t2, dN3 mempunyai t3, dan seterusnya,
sehingga:
…………………………………. (5)
Persamaan (5) diintegralkan menjadi
……………………………………………... (6)
Di mana N0 = , substitusi untu dN dari persamaan (3) ke
persamaan (6) dan integralkan, sehingga mengahasilkan
Radioaktivitas - 11 -
…………………………….
(7)
Oleh karena itu =
2.3 Peluruhan Radioaktif Berurutan
Banyak inti radioaktif yang mempunyai model peluruhan berbeda. Inti
anak yang dihasilkan dari proses peluruhan biasanya juga tidak stabil, kadang
lebih tidak stabil dari induknya. Bila kasus ini terjadi, inti anak tadi akan meluruh
lagi. Proses kejadian peluruhan berurutan yang menghasilkan hasil akhir inti
stabil, disebut rantai peluruhan.
Peluruhan radioaktif adalah proses dimana inti mengemisikan atau
memancarkan partikel alpha, beta, dan gamma atau partikel lain menangkap
elektron dari kulit terluar.
Jika mempunyai N1 inti induk kemudian mengalami peluruhan membentuk
sejumlah N2 yang kondisinya tidak stabil meluruhan dengan konstanta
peluruhannya dan meghasilkan N3 inti yang stabil (sesuai dengan diagram
peluruhan).
stabilNNN 32121 , atau
Gambar 1
Radioaktivitas - 12 -
N1
N2
N3
λ1
λ2
Inti induk
Inti yang stabil
Dari skema peluruhan di atas maka :
dtNdN 11 …………………………………………………… (8)
Keterangan:
λ = probabilitas kejadian per satuan waktu
dN1 = jumlah atom yang meluruh dalam waktu dt
Persamaan (1) dapat ditulis sebagai berikut.
111 N
dt
dN ……………………………………………………
(9)
dt
dN1 menyatakan laju peluruhan inti induk dengan laju 11 N . Tanda
negative (-) menyatakan berkurangnya N1 (jumlah inti mula-mula). Dengan
bertambahnya waktu, maka:
22112 NN
dt
dN ……………………………………………..
(10)
dt
dN2 menyatakan aktivitas pembentukan N2 dengan laju 11 N dan
pengurangan atau peluruhan N2 dengan laju 22 N .
223 N
dt
dN …………………………………………………….
(11)
dt
dN3 menyatakan laju pembentukan N3 dengan laju 22 N .
Persamaan (8), (9), dan (10) merupakan persamaan diferensial untuk skema
peluruhan di atas.
Jumlah inti induk, N1 pada saan t diperoleh dengan pengintegralan, sehingga
ctN
dtN
dNN
lnln 1
11
11
Syarat batas t = 0, N1=N10 masukkan ke persamaan, sehingga menjadi:
Sehingga bentuk persamaan (8) menjadi:
Radioaktivitas - 13 -
teN
N
tN
N
tNN
NtN
10
1
10
1
101
101
ln
lnln
lnln
teNN 101 ………………………………………………. (12)
teNN 101 merupakan jumlah inti pada saat t.
Inti untuk meluruh = N10 –N1 = N10 (1-e-λt).
11222
22112
NNdt
dN
NNdt
dN
Masukkan persamaan N1 sehingga diperoleh persamaan
teNNdt
dN 101222
………………………………………..(13)
Kedua ruas persamaan (13) dikalikan dengan te 2 , sehingga didapat:
tttt eeNeNdt
dNe 2122
101222
Atau
tt eNeNdt
d122
1012
……………………………………….(14)
Kemudian persamaan (14) diintegral menjadi
tt eNeNdt
d122
1012
……………………………………(15)
Integral diferensial suatu fungsi adalah fungsi itu sendiri. Sehingga bentuk
persamaan (8) menjadi
ceNeN tt
122
121012
1
………………………………
(16)
Radioaktivitas - 14 -
Kedua ruas persamaan (9) dikalikan dengan te 2 , sehingga kita peroleh:
tt ceeN
N 21
12
1012
……………………………………….
(17)
Pada saat t = 0, N2 =0.
cN
12
1010
1012
1 Nc
Substitusi nilai C ke persamaan (16), sehingga kita peroleh
tt eeNN 2110
12
12
……………………………… (18)
Persamaan (18) menyatakan inti anak pada keadaan t.
Dengan cara yang sama, persamaan (4) dapat diselesaikan, dimana kondisi
N3 = N30 = 0 pada t = 0, kita dapatkan
223 N
dt
dN
Masukkan nilai N2 pada persamaan di atas, sehingga menjadi
tt eeN
dt
dN21
1012
12
3
tt eNeNdt
dN21
12
2110
12
2110
3
…………………….
(19)
Kemudian integral persamaan (19), sehingga :
dteNeNdN tt
21
12
2110
12
21103
, menjadi
tt eeNN 12
12
2
12
1103
+ C……………………… (20)
Dimana diketahui bahwa kondisi N3 = N30 = 0 pada t = 0, kita dapatkan:
Radioaktivitas - 15 -
0
12
20
12
110
120
eeN + C, sehingga
C = -
12
2
12
110
N
Masukkan nilai C pada persamaan (20), sehingga diperoleh nilai N3
tt eeNN 12
12
2
12
1103 1
……………………. (21)
Persamaan (21) menyatakan inti atom cucu pada saat t. Persamaan itu
khusus pada kondisi hanya inti induk yang ada. Dimana N1 = N10, N20 = N30 = 0,
pada t = 0. Langkah selanjutnya adalah menentukan persamaan untuk N1, N2 dan
N3, jika N20 dan N30 adalah tidak nol saat t = 0. Adapun persamaannya adalah:
teNN 1101
……………………………………………………. (22)
ttt eNeeNN 2212010
12
12
………………………
(23)
ttt eeNeNNN 122
12
2
12
11020303 11
……
(24)
2.4 Keseimbangan Radioaktif
1. Keseimbangan Transien
Keseimbangan transien terjadi inti induk meluruh dengan konstanta
peluruhan yang mendekati konstanta peluruhan inti anak.
Khusus untuk kasus inti induk yang meluruh dengan konstanta peluruhan
λ1 menghasilkan inti anak N2 yang meluruh lagi dengan konstanta peluruhan λ2
menghasilkan N3 yang stabil.
Untuk mencari waktu yang diperlukan oleh N2 untuk mencapai waktu
maksimum tm, yaitu dengan cara mendeferensialkan N2 = 0 sehingga diperoleh
persamaan(18)
Radioaktivitas - 16 -
02 dt
dN
Sehingga diperoleh
mm tt eeNdt
dN21
211012
12 0
1
2
12
1 log
mt (25)
Kemungkinan untuk terpenuhinya λ1 ≈λ2 adalah:
1) Jika λ1 < λ2 itu berarti konstanta inti induk lebih kecil dari konstanta inti
anak. Berarti umur rata-rata inti induk lebih besar dari inti anak maka dari
persamaan 11, e-λ2t lebih cepat mencapai atau menuju ke nol dibandingkan
e-λ1t , sehingga ini diabaikan.
112
1
1012
12
1
N
eNN t
…………………………………… (26)
Persamaan (26) ini berarti peluruhan inti anak tergantung pada inti induk.
Ketika perbandingan aktivitas inti anak dan inti induk dinytakan dlam
persamaan berikut.
……………………………….(27)
Dalam kondisi ini inti induk dan anak dikatakan dalam keadaan
kesetimbangan transient.
2) Jika dalam kondisi lain λ2 < λ1, berarti e-λ2t dapat menjadi nol sehingga
dapa diabaikan.hal ini akan menunjukkan:
Radioaktivitas - 17 -
Waktu tertentu (certain time) inti anak meluruh dengan laju peluruhan
ditunjukkan dengan peluruhan konstan λ2 . Setelah waktu tertentu tersebut inti
induk lenyap dn inti anak meluruh dengan lajunya sendiri.
2. Kesetimbangan Permanent atau Sekular
Keseimbangan sekuler terjadi jika inti induk meluruh dengan konstanta
peluruhan yang jauh lebih kecil dari konstanta inti anak (λ1 <<< λ2). Dari
persamaan (11) yang merupakan peluruhan berantai dan perkiraan waktu paro dari
inti induk sagat lama jika dibandingkan dengan inti anak (λ1 <<< λ2 ). Dapat
dinyatakan:
Disederhanakan menjadi:
Karena dan. ≈ 1n
Selanjutnya, jika t sangat besar dibandingkan waktu hidup inti anak (t ≈
), kemudian menjadi tidak berarti dibandingkan dengan 1 dan persaman
di atas dapat ditulis
Yang menyatakan kuantitas N2 inti anak adalah konstan. Inti anak
dikatakan dalam keadan kesetimbangan permanen atau sekular terhadap inti
induknya. Karena waktu paro dari inti induk sangat lama, N10=N1. Maka:
Kondisi untuk kesetimbangan permanen atau sekular adalah:
……………………………………………… (28)
Radioaktivitas - 18 -
Persaman (28) dapat dengan mudah diperoleh dengan aplikasi persamaan untuk
kesetimbangan dN2/dt=0 menjadi
Hal ini juga menunjukkan dN1/dt=0-λ1N1, karena λ1 sangat kecil dan hasil λ1N1≈0.
Untuk kondisi dengan banyak peluruhan berantai yang inti induk memliki
waktu hidup lebih lama dari inti anaknya, kita dapat menuliskan kondisi
kesetimbanagn sekular menjadi:
atau
……………………………………… (29)
Berdasarkan contoh kesetimabangan sekular, menyatakan peluruhan Ra
(t1/2=1620 tahun) dan inti ananknya radon Rn (t1/2=3,82 hari). Setelah dalam
waktu lama t dibandingkan dengan dengan waktu paro dari Rn, jumlah Rn
menjadi konstan. Fakta ii ditunjukakan pada gambar 3. Di mana pada odinat dari
peluruhan dan kurve pertumbuhan menjadi kontan setelah waktu tertentu. Dalam
kondisi ini dikatakan Rn mengalami kesetimbangan permanen/sekular dari inti
induknya Ra.
Radioaktivitas - 19 -
1.0
0.5
0 1τ 2τ 3τ 4τ 5τ 6τ 7τ
Nomor Relatif, N
Waktu dalam unit τ satuan
peluruhan
recovery
Net recovery
Slow recovery
Kesetimbangan Sekular
peluruhan lambat
Gambar 3 (peluruhan dan recovery Radon)
2.5 Deret Radioaktif Alam
Berdasarkan asalnya, radioaktivitas dikelompokkan menjadi radioaktivitas
alam, dan radioaktivitas buatan, yaitu hasil kegiatan yang dilakukan manusia.
Dalam radioaktivitas alam, ada yang berasal dari alam dan dari radiasi kosmik.
Radioaktivitas buatan dipancarkan oleh radioisotop yang sengaja dibuat manusia,
dan berbagai jenis radionuklida dibuat sesuai dengan penggunaannya.
2.5.1 Radioaktivitas primordial
Pada litosfer, banyak terdapat inti radioaktif yang sudah ada bersamaan
dengan terjadinya bumi, yang tersebar secara luas yang disebut radionuklida alam.
Radionuklida alam banyak terkandung dalam berbagai macam materi dalam
lingkungan, misalnya dalam air, tumbuhan, kayu, bebatuan, dan bahan bangunan.
Radionuklida primordial dapat ditemukan juga di dalam tubuh mausia. Terutama
radioisotop yang terkandung dalam kalium alam. Uraian lengkap mengenai
radioaktivitas alam dijelaskan pada pokok bahasan "inti radioaktif alam (08-01-
01-02)".
2.5.2 Radioaktivitas yang berasal dari radiasi kosmik
Pada saat radiasi kosmik masuk ke dalam atmosfer bumi, terjadi interaksi
dengan inti atom yang ada di udara menghasilkan berbagai macam radionuklida.
Yang paling banyak dihasilkan adalah H-3 dan C-14. Kecepatan peluruhan dan
kecepatan pembentukan radionuklida seimbang, sehingga secara teoritis
jumlahnya di alam adalah tetap. Berdasarkan fenomena tersebut, maka dengan
mengukur kelimpahan C-14 yang ada dalam suatu benda, dapat ditentukan umur
dari benda tersebut dan metode penentuan umur ini dinamakan penanggalan
karbon (Carbon Dating).
Sebagai hasil penelitian dalam bidang Fisika dan Kimia pada unsur-unsur
radioaktif alam, maka terbukti bahwa masing-masing inti radioaktif merupakan
salah satu anggota dari tiga rantai panjang atau urutan radioaktif terbentang
melalui bagian-bagian terakhir dari sistem periodik. Yang termasuk deret
Radioaktivitas - 20 -
radioaktif alam adalah Uranium, Aktinium, dan Thorium. Sedangkan Neptunium
bukan merupakan deret alam. Masing-masing deret ini dapat dinyatakan sebagai
berikut:
A=4n disebut deret Thorium
A=4n + 1 disebut deret Neptonium
A=4n + 2 disebut deret Uranium
A=4n + 3 disebut deret Actinium
Di mana n adalah bilangan bulat, A menyatakan penggolongan inti anak
hasil peluruhan berdasarkan pengurangan nomor massanya. Ini merupakan fakta
bahwa proses peluruhan dimulai dari satu kelas dan akan tetap pada kelas yang
sama. Keberadaan deret seperti itu erat kaitannya dengan fakta bahwa inti induk
pada setiap deret memiliki umur yang sangat panjang, kecuali pada kasus
neptunium. Karena secara komparatif waktu paruh inti induk pada deret
neptunium sangat pendek (t1/2 = 2,2 x 106 tahun), sehingga pada saat ini,
golongan-golongan deret neptunium tidak ditemukan di alam dan tidak terjadi
secara alami, unsur ini memiliki peluruhan ketika formasi pada unsur (~5 x 10 9
tahun yang lalu). Pada gambar 4 dan 6 menunjukkan nama-nama deret isotop
radioaktif yang berbeda dari nama-nama unsurnya.
Selain deret neptunium, deret-deret di atas mempunyai empat sifat, yaitu
sebagai berikut.
a. Semua deret memiliki satu isotop dengan umur yang sangat panjang,
sebagai contoh,
a. 99Th232 t1/2 = 1,39 x 1010 tahun
b. 92U238 t1/2 = 4,5 x 1010 tahun
c. 92U235 t1/2 = 7,15 x 1010 tahun
b. Hasil akhir dari ketiga deret yang stabil adalah beberapa isotop yaitu
82Pb208, 82Pb206, 82Pb207, berturut-turut untuk deret thorium, deret uranium,
dan deret aktinium.
c. Masing-masing memiliki suatu gas mulia yang terjadi pada Z = 86, yang
mengakibatkan nama dari tiga deret itu menjadi thoron (86Rn220), radon
(86Rn222), action (86Rn219), berturut-turut untuk deret thorium, deret
uranium, dan deret aktinium.
Radioaktivitas - 21 -
2.6 Satuan Radioaktivitas
Menurut sejarah, satuan radioaktif yang sudah tua disebut curie, yang
digambarkan sebagai jumlah dari aktivitas radon mencapai keseimbangannya
dengan satu gram radium. Nilai dari curie dapat dihitung dengan cara yang
sederhana. Waktu paruh radium adalah 1620 tahun dengan konstan peluruhannya
yaitu:
1123
det108,131062,1
693,0
tahunradium
Massa radium adalah 226 amu dan terdapat 6,02 x 1023 atom pada satu gram atom
radium, sehingga satu mol radium berisi :
Oleh sebab itu, laju peluruhannya adalah
det/sin107,3
1066,2108,13/10
2112
tegrasidi
NdtdN
Dengan menggunakan perbedaan nilai t1/2, radium dapat ditentukan oleh
berbagai percobaan, nomor peluruhan per detik yang diperoleh bervariasi antara
3,4 x 1010 sampai 3,7 x 1010. Namun, curie telah memperkenalkan nilai ekuivalen
peluruhan yaitu 3,7 x 1010 peluruhan per detik. Sub-satuan curie adalah milli-curie
disimbolkan dengan mc dan mikro-currie, μc, yang bersesuaian dengan 3,7 x 107
dan 3,7 x 104 peluruhan per detik.
Amerika National Bureau of Standars mengusulkan sebuah satuan baru
yang disebut Rutherford (rd), yang sama dengan 106 peluruhan per detik. Sub-
satuan rd yaitu milli-rutherford (mrd) = 103 peluruhan per deik dan mikro-
rutherford (μrd) = 1 peluruhan per detik.
Radioaktivitas - 22 -
BAB IIIPENUTUP
3.1 Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan di atas, dapat disimpulkan beberapa terkait dengan
radioaktivitas yaitu:
3.1.1 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.
3.1.2 Peluruhan radioaktif adalah kumpulan beragam proses di mana sebuah
inti atom yang tidak stabil memancarkan partikel subatomik (partikel
radiasi). Waktu paro (t½) adalah waktu yang diperlukan oleh suatu
radionuklida untuk meluruh sehingga jumlahnya tinggal setengahnya.
Radiasi radionuklida mempunyai sifat yang khas (unik) untuk masing-
masing inti. Waktu rata-rata τ dari inti radioaktif dapat dihitung dengan
penjumlahan umur semua inti dan dibagi dengan total jumlah inti. Kira-
kira dN1 inti mempunyai waktu hidup t1, dN2 mempunyai t2, dN3
mempunyai t3, dan seterusnya, sehingga:
Radioaktivitas - 23 -
3.1.3 Banyak inti radioaktif yang mempunyai mode peluruhan berbeda.
Sebagai contoh adalah Bismuth-212, yang mempunyai tiga. Inti anak
yang dihasilkan dari proses peluruhan biasanya juga tidak stabil, kadang
lebih tidak stabil dari induknya. Bila kasus ini terjadi, inti anak tadi akan
meluruh lagi. Proses kejadian peluruhan berurutan yang menghasilkan
hasil akhir inti stabil, disebut rantai peluruhan.
3.1.4 Keseimbangan Radioaktivitas mempergunakan perumusan pada
peluruhan radioaktivitas, pertama di mana keadaannya yaitu λ1 ≈ λ2 dan
kedua di mana keadaannya yatiu λ1 << λ2. Dari hal tersebut
keseimbangan radioaktivitas dapat dibedakanmenjadi dua yaitu
keseimbangan transien dan keseimbangan sekuler/permanen.
3.1.5 Berdasarkan asalnya, radioaktivitas dikelompokkan menjadi
radioaktivitas alam, dan radioaktivitas buatan, yaitu hasil kegiatan yang
dilakukan manusia. Dalam radioaktivitas alam, ada yang berasal dari
alam dan dari radiasi kosmik. Radioaktivitas buatan dipancarkan oleh
radioisotop yang sengaja dibuat manusia, dan berbagai jenis radionuklida
dibuat sesuai dengan penggunaannya.
3.1.6 Menurut sejarah, satuan radioaktif yang sudah tua disebut curie, yang
digambarkan sebagai jumlah dari aktivitas radon yaitu keseimbangannya
dengan satu gram radium. Nilai dari curie dapat dihitung dengan cara
yang sederhana. Waktu paruh radium adalah 1620 tahun dengan konstan
peluruhannya yaitu:
1123
det108,131062,1
693,0
tahunradium
3.2 Saran
Adapun saran yang ingin disampaikan oleh penulis yaitu, bagi pembaca
untuk mengetahui materi dari radioaktivitas tidak hanya mengandalkan isi dari
makalah ini, untuk itu diperlukan sumber-sumber lain yang menunjang
pembelajaran fisika khususnya mengenai radioaktivitas. Dengan mengetahui
Radioaktivitas - 24 -
konsep dari radioaktivitas yang lebih luas diharapkan nantinya mampu
menemukan hal-hal yang baru serta mengatasi problema-problema dalam
kehidupan sehari-hari.
Allya. . Physics Nuclear. .
Beiser, Arthur. 1982. Konsep fisika modern. Jakarta: Erlangga.
---------. 2008. Peluruhan alfa . Tersedia pada: http://id.wikipedia.org/wiki/Peluruhan_alfa. Diakses pada tanggal 15 Oktober 2008.
---------. 2008. Partikel Alfa. Tersedia pada: http://wapedia.mobi/id/Wikipedia. Diakses pada tanggal 15 Oktober 2008.
---------. 2008. Penguraian. Tersedia pada: http://wapedia.mobi/id/Penguraian_eksponensial. Diakses pada tanggal 15 Oktober 2008.
---------. 2008. Peluruhan beta. Tersedia pada: http://id.wikipedia.org/wiki/Peluruhan_beta. Diakses pada tanggal 15 Oktober 2008.
---------. 2008. Sinar_gamma. Tersedia pada: http://id.wikipedia.org/wiki/Sinar_gamma. Diakses pada tanggal 15 Oktober 2008.
Radioaktivitas - 25 -
Radioaktivitas - 26 -