Peluruhan Inti & Radioaktivitas

Mekanisme transformasi inti tak stabil menjadi inti yang stabil Peluruhan Inti (Radioaktivitas) Laju peluruhan inti atau transformasi digambarkan melalui aktivitasnya Didefinisikan: “Banyaknya peluruhan (desintegrasi) yang terjadi dalam setiap detiknya” Satuan: becquerel (Bq)= desintegrasi s -1 curie (Ci) = 3,7 x Bq

Persamaan Peluruhan Inti Radioaktif Jika terdapat N inti radioaktif pada saat waktu t dan tidak terdapat inti baru pada sampel, jumlah dN inti yang meluruh dalam rentang waktu dt: Integrasi persamaan di atas menghasilkan persamaan eksponensial peluruhan radioaktif berikut: N 0 = jumlah awal inti pada saat t0, N t = jumlah inti sisa pada saat t, = konstanta peluruhan, dan t = lamanya waktu peluruhan

Untuk waktu paro (t 1/2 ): Sedang waktu hidup rata-rata (  ) sebelum inti mengalami peluruhan: Aktivitas radiasi ( A ) didefisikan sebagai laju terjadinya radiasi dalam suatu sampel radioaktif

Persamaan ketergantungan aktivitas radiasi ( A ) terhadap waktu

Untuk kasus peluruhan radioaktif inti 1 yang menghasilkan inti 2 (stabil), jumlah inti sisa Untuk peluruhan radioaktif inti melalui dua atau lebih cara, maka terdapat konstanta peluruhan parsial

Laju peluruhan total: Untuk kasus peluruhan inti 1 menjadi inti 2 (stabil) melalui 2 jenis peluruhan

Solusi grafik: Contoh permasalahan:

Aktivitas spesifik (SA) Aktivitas spesifik didefinisikan sebagai aktivitas persatuan massa (Bq g -1 ) dengan M adalah nomor massa atom dan T adalah waktu paro.

Produksi dan Peluruhan Radioaktif Besarnya laju produksi radioaktif (R) bergantung pada:  Jumlah inti awal (N o )  Tampang lintang reaksi (  )  Fluks atau arus partikel yang datang (I) Dilakukan melalui penembakan inti target, dimana neutron atau partikel bermuatan tertangkap oleh target. Secara matematis dituliskan sebagai:

Untuk kasus dimana diproduksi inti N 1 yang meluruh dengan konstanta 1 menghasilkan inti N 2. Perubahan jumlah inti N 1 tersisa diformulasikan: dengan solusi: dan

Jika waktu iradiasi cukup pendek dibandingkan dengan waktu paro, maka

Jika waktu iradiasi cukup panjang dibandingkan dengan waktu paro, maka Dikenal sebagai kondisi kesetimbangan sekuler (secular equlibrium)

Pertumbuhan aktivitas inti anak Dalam peluruhan radioaktif menghasilkan inti anak Jumlah inti orang tua mengalami penurunan

Jumlah inti anak N 2 mengalami penurunan Penyelesaian persamaan-persamaan di atas menghasilkan jumlah inti pada saat t dan

Untuk 1 << 2 (secular equilibrium) Untuk 1 < 2 (transient equilibrium) Untuk 1 > 2 (no equilibrium)

Persamaan deret radioaktif Persamaan umum (Persamaan Bateman) Aktivitas dimana

Dimana nilai penyebut untuk i=m tidak dituliskan Sebagai contoh: dengan dengan

GAMBARAN UMUM TENTANG RADIOAKTIVITAS & PELURUHAN Radiaktivitas inti dan radiasinya memiliki karakteristik yang menjadi dasar dari banyak ide-ide dan teknik-teknik dari fisika atom dan nuklir. Emisi partikel alpha dan partikel beta telah mengarahkan pada konsep bahwa atom tersusun dari unit dasar yang lebih kecil. Hamburan partikel alpha memunculkan ide inti, yang merupakan dasar untuk model yang digunakan dalam fisika atom. Penemuan isotop hasil analisis hubungan kimia antara berbagai unsur- unsur radioaktif. Penembakan inti dengan partikel alpha menyebabkan terjadinya disintegrasi inti dan mengarah pada penemuan neutron dan model untuk komposisi inti. Penemuan radioaktivitas, radiaktivitas buatan, atau induksi memulai arah baru penelitian nuklir dan ratusan inti buatan telah diproduksi melalui banyak reaksi nuklir yang berbeda. Penyelidikan radiasi yang dipancarkan dari radionuklida telah menunjukkan adanya tingkat energi nuklir yang mirip dengan tingkat energi elektronik. Identifikasi dan klasifikasi tingkat energi ini merupakan sumber informasi yang penting tentang struktur inti.

Dalam semua interaksi nuklir, termasuk peluruhan radioaktif, ada beberapa parameter yang selalu tetap atau tidak berubah dengan adanya transmutasi, yaitu: Konservasi muatan, yaitu jumlah muatan positif dan negatif dasar pada reaktan harus sama seperti pada produk. Konservasi jumlah nukleon, yaitu A selalu konstan. Dengan pengecualian dari EC dan peluruhan radioaktif beta, di mana neutron (proton) transmute menjadi proton (neutron), jumlah proton dan neutron adalah juga umumnya konstan. Konservasi massa / energi (energi total). Meskipun, bukanlah massa diam atau energi kinetik umumnya dikonservasi, total (energi setara sisa- massa ditambah energi kinetik) adalah kekal. Konservasi momentum linear. Kuantitas ini harus kekal dalam semua kerangka acuan inertial. Konservasi momentum sudut. Total momentum sudut (atau spin) dari partikel bereaksi harus selalu tetap.

Jenis-jenis Peluruhan Peluruhan  Inti memancarkan partikel  (inti helium ) Inti awal Inti anak/akhir Energi yang dibebaskan dalam peluruhan

Energi yang dibebaskan dalam peluruhan dibagikan kepada partikel  dan inti anak. Jika m dan v adalah massa dan kecepatan partikel , M dan V besar untul inti recoil, maka dapat dituliskan hubungan berikut:

Energi partikel  : Diperoleh pergerakan partikel: Energi inti anak :

Peluruhan  Pada peluruhan ini, inti akan mengkoreksi jumlah proton dan neutron melalui konversi proton menjadi neutron dan neutron menjadi proton

Contoh:

Spektrum energi E  - kontinu dalam rentang 0  E  -  Q

Peluruhan Positron (  + ) Inti seperti Na-22 mengalami peluruhan melalui emisi elektron bermuatan positif (positron) dan memancarkan neutrino. Energi yang dibebaskan:

Penangkapan elektron orbital (EC) Beberapa inti mengalami transformasi radioaktif melalui penangkapan sebuah elektron atomik (biasanya dari kulit K) dan memancarkan neutrino. Contoh: suatu isotop paladium (Pd) mengalami EC menuju keadaan metastabil dari inti anak rhodium Energi yang dibebaskan:

Peluruhan  Satu atau lebih foton gamma yang diemisikan dari keadaan tereksitasi inti anak melalui peluruhan radioaktif. Transisi hasil dari emisi gamma yang tidak menyebabkan perubahan Z dan A dikenal sebagai isomerik (isomeric); inti pada keadaan awal dan akhir dikenal sebagai isomer. Skema peluruhan Cs-137 Energi yang dilepaskan pada suatu transisi isomerik diperoleh dari  merupakan defek massa yaitu (m-A)c 2

Konversi Internal Merupakan proses dimana energi pada keadaan inti tereksitasi ditransfer ke suatu elektron atomik, kebanyakan untuk kulit K atau L sehingga terlepas dari orbit atom. Koefisien dari konversi internal (  ) untuk transisi inti: N e = jumlah elektron konversi N  = jumlah foton gamma untuk transisi tersebut Energi kinetik elektron (E e ) yang keluarkan dari atom dengan E * energi eksitasi dan E B energi ikat elektron pada kulit atom.

Fisi spontan Pada proses ini, sebuah inti berat yang memiliki kelebihan neutron terbelah menjadi dua buah inti ringan. Emisi Nukleon Pada “lembah” inti stabil, perbedaan energi antara isobar yang berdekatan semakin besar. Seringkali perbedaan ini melebihi energi ikat nukleon (sekitar 8 MeV) dan hal ini memungkinkan terjadinya peluruhan radioaktif melalui emisi nukleon. Jenis penelitian ini sering kali dalam bentuk fisi.

Rasio Percabangan & Waktu Paro parsial Mendeskripsikan intensitas relatif dari kompetisi beberapa jenis peluruhan. Konstanta peluruhan total: Konstanta peluruhan parsial (mode i): Waktu paro parsial:

Radioaktif Alam Semua unsur berat (Z>83) ditemukan di alam merupakan radioaktif dan mengalami peluruhan melalui emisi  dan . Inti merupakan satu-satunya inti dengan Z lebih besar dari 82 (Pb) yang stabil Berikut adalah karakteristik deret peluruhan dari unsur berat: Nama Deret Radioktif Jenis Inti Akhir (Stabil) Unsur dengan waktu hidup yang panjang IntiWaktu Paro Thorium Neptunium Uranium Actinium 4n 4n+1 4n+2 4n Pb 209 Bi 206 Pb 207 Pb 232 Th 237 Np 238 U 235 U 1,41 x ,14 x ,47 x ,04 x 10 8

Satuan Pengukuran Radiasi Penyinaran (Exposure-X): Digunakan juga satuan roentgen (R) yang didefinisikan: “Penyinaran yang menghasilkan ionisasi 1 esu (dalam 1 cm 3 udara pada suhu 0 0 C dn 760 mm” BesaranPengukuran Satuan Tradisional Satuan SI Aktivitas ( A ) Penyinaran (X) Dosis serap (D) Dosis ekuivalen (DE) Laju peluruhan Ionisasi di udara Serapan energi Kefektifan secara biologi curie (Ci) roentgen (R) rad rem bequerel (Bq) coulomb per kilogram (C/kg) gray (Gy) sievert (Sv)