Diklat Petugas Proteksi Radiasi Pusat Pendidikan dan Pelatihan Badan Tenaga Nuklir Nasional Dasar Fisika Radiasi Diklat Petugas Proteksi Radiasi

Pokok Bahasan STRUKTUR ATOM DAN INTI ATOM PELURUHAN RADIOAKTIF A. Struktur Atom B. Inti Atom PELURUHAN RADIOAKTIF A. Jenis Peluruhan B. Aktivitas Radiasi C. Waktu Paro D. Aktivitas Jenis E. Skema Peluruhan

Pokok Bahasan (lanjutan) INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI A. Interaksi Partikel Alpha B. Interaksi Partikel Beta C. Interaksi Sinar Gamma dan Sinar-X D. Interaksi Radiasi Neutron SUMBER RADIASI A. Sumber Radiasi Alam B. Sumber Radiasi Buatan

Tujuan Instruksional Umum: setelah mengikuti pelajaran ini, setiap peserta diharapkan dapat menguraikan proses terjadinya radiasi, proses peluruhan inti atom, interaksi radiasi dengan materi serta prinsip dari beberapa sumber radiasi buatan

Tujuan Instruksional Khusus: 1. menggambarkan struktur atom berdasarkan model atom Bohr; 2. menguraikan proses transisi elektron; 3. membedakan isotop, isobar, isoton, dan isomer; 4. menentukan kestabilan inti atom berdasarkan tabel nuklida; 5. menyebutkan tiga jenis peluruhan radioaktif dan sifat radiasi yang dipancarkannya; 6. menghitung aktivitas suatu bahan radioaktif menggunakan konsep waktu paro;

Tujuan Instruksional (lanjutan) 7. menguraikan proses interaksi radiasi alpha dan beta bila mengenai materi; 8. menguraikan proses interaksi radiasi gamma dan sinar-X bila mengenai materi; 9. menguraikan proses interaksi radiasi neutron bila mengenai materi; 10.membedakan sumber radiasi alam dan buatan.

Apakah Radiasi itu

Radiasi adalah: suatu emisi (pancaran) dan perambatan energi melalui materi atau ruang dalam bentuk gelombang elektromagnetik dan atau partikel

disebut proses peluruhan Mengapa terjadi radiasi disebut proses peluruhan

Struktur Atom Bohr

Partikel Penyusun Atom Elektron 9,1 10–31 kg  0 sma – 1,6 10–19 C  – 1 muatan elementer Proton 1,6 10–27 kg  1 sma 1,6 10–19 C  + 1 muatan elementer Neutron 1,6 10–27 kg  1 sma netral  0

Atom Stabil

Atom tidak Stabil

Transisi Elektron

Terdiri atas sejumlah proton dan sejumlah neutron Inti Atom A Terdiri atas sejumlah proton dan sejumlah neutron X X : Lambang atom Z : Nomor atom (jumlah proton) A : Nomor massa (jumlah proton + jumlah neutron) Z

Contoh Simbol Nuklida Jenis Unsur : Helium Jumlah proton ( Z ) = 2 Jumlah neutron ( N ) = 2 Jenis Unsur : Cobalt Jumlah proton ( Z ) = 27 Jumlah neutron ( N ) = 32

berkaitan dengan penamaan nuklida Beberapa istilah berkaitan dengan penamaan nuklida Isotop : nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah proton (Z) sama tetapi jumlah neutron berbeda Isobar : nuklida-nuklida yang mempunyai massa (A) sama tetapi jumlah proton (Z) berbeda Isoton : nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah neutron (N) sama tetapi jumlah proton berbeda Isomer : nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah proton dan jumlah neutron sama tetapi tingkat energinya berbeda

ditentukan oleh komposisi jumlah proton dan jumlah neutron Kestabilan Inti Atom ditentukan oleh komposisi jumlah proton dan jumlah neutron Secara umum: Inti ringan  N = Z Inti berat  N = 1½ . Z Secara tepat : Lihat tabel nuklida

Kurva Kestabilan

diarsir hitam berarti nuklida stabil Sebagian dari Tabel Nuklida diarsir hitam berarti nuklida stabil

Peluruhan Radioaktif

memancarkan radiasi alpha (), beta () atau gamma () Peluruhan Zat Radioaktif nuklida tidak stabil (radionuklida) memancarkan radiasi alpha (), beta () atau gamma ()

Peluruhan Alpha

Peluruhan Alpha Perubahan nuklida tidak stabil menjadi lebih stabil dengan memancarkan partikel alpha yang identik dengan inti atom Helium   2He4 muatan : + 2 muatan elementer massa : 4 sma Contoh: 90Th230  88Ra226 + 

Peluruhan Alpha

Peluruhan Beta

Peluruhan Beta +  +1e0 –  -1e0 Perubahan nuklida tidak stabil menjadi lebih stabil dengan memancarkan partikel beta. +  +1e0 –  -1e0 muatan : + atau – 1 muatan elementer massa : 0 Contoh: 4Be11  5B11 + – 6C10  5B10 + +

Peluruhan Beta

Peluruhan Gamma

Peluruhan Gamma Perubahan nuklida tidak stabil menjadi lebih stabil dengan memancarkan radiasi gamma yang merupakan gelombang elektromagnetik. Muatan  : 0 massa  : 0 Contoh: 56Ba137*  56Ba137 + 

Jumlah peluruhan per satuan waktu Aktivitas Radiasi Jumlah peluruhan per satuan waktu menunjukkan jumlah radionuklida yang tidak stabil berubah menjadi nuklida stabil dalam satu detik Satuan: Currie (Ci) satuan lama Bequerrel (Bq) satuan baru (SI) 1 Ci = 3,7 1010 Bq atau 1 Ci = 3,7 104 Bq = 37.000 Bq 1 Bq = 1 peluruhan per detik

Aktivitas Radiasi Merupakan fungsi waktu, semakin lama aktivitas radiasi akan semakin berkurang

Waktu Paro Waktu yang dibutuhkan suatu radionuklida untuk meluruh separo dari aktivitas awalnya

Penggunaan T½

Contoh Persoalan Aktivitas Radiasi Suatu radionuklida mempunyai konstanta peluruhan (  ) 0,3465 per tahun. Bila aktivitasnya pada 1 Juni 1995 adalah 200 Bq, berapakah aktivitasnya pada 1 Juni 1999 ? Waktu paruh radionuklida ( T½) = 0,693/0,3465 = 2 tahun Selang waktu peluruhan = 4 tahun atau dua kali waktu paruh (n = 2). Dengan menggunakan tabel ataupun rumus maka aktivitasnya adalah = ¼ x 200 Bq = 50 Bq.

Skema Peluruhan

Interaksi Radiasi dengan Materi

Tiga Jenis Radiasi  Radiasi Partikel Bermuatan: alpha; beta; proton; elektron.  Radiasi Partikel tidak Bermuatan: neutron.  Radiasi Gelombang Elektromagnetik: sinar-X dan sinar Gamma.

Partikel Bermuatan Alpha Elektron 1. Ionisasi 1. Ionisasi 2. Eksitasi 2. Eksitasi 3. Reaksi Inti 3. Brehmsstrahlung

Ionisasi

Eksitasi

Reaksi Inti 4Be9 + α  6C12 + n

Brehmsstrahlung F = 3,5 x 10-4 . Z . Emax

Partikel tidak Bermuatan Tumbukan Elastik Tumbukan tidak Elastik Reaksi Inti Reaksi Fisi

Tumbukan Elastis

Tumbukan Tak Elastis

Reaksi Inti

Reaksi Fisi U235 + nt  Y1 + Y2 + (2-3)n + Q 92U235 + nt  54Xe140 + 38Sr94 + 20n1 + Q

Gelombang Elektromagnetik Efek Foto Listrik Efek Compton Produksi Pasangan

Efek Foto Listrik

Efek Compton

Produksi Pasangan

Karakteristik Beberapa Jenis Radiasi

Penyerapan Radiasi Gamma / Sinar X

Sumber Radiasi Alam: Buatan: Ø Radiasi Kosmik Ø Radiasi Terestrial Ø Radiasi Internal Sumber Radiasi Buatan: Ø Zat Radioaktif Ø Pswt Pembangkit Radiasi Ø Reaktor

Sumber Radiasi Alam: Buatan: 1. Rad Kosmik: - β, γ 2. Rad Terestrial: - α, β, γ 3. Rad Internal: Buatan: 1. Zat Radiaktif: - α, β, γ, n 2. Pesawat Pembangkit Rad: - β, sinar-X, n, p 3. Reaktor Nuklir: - n, α, β, γ

RANGKUMAN Transisi elektron dari lintasan lebih luar ke lintasan lebih dalam memancarkan radiasi sinar-X karakteristik. Transisi elektron dari lintasan yang lebih dalam ke lintasan yang lebih luar, membutuhkan energi eksternal. Isotop adalah inti-inti atom bernomor atom sama tetapi nomor massa berbeda.

Peluruhan radioaktif: • perubahan inti atom tidak stabil menjadi stabil. • Inti atom yang tidak stabil disebut radionuklida atau radioisotop. Tiga jenis peluruhan spontan: • peluruhan alpha, • peluruhan beta, • peluruhan gamma.

Radionuklida meluruh mengikuti persamaan: A = A0 e-λt Waktu paro: waktu yang diperlukan sehingga jumlah inti atom yang tidak stabil (atau aktivitas) berkurang menjadi separuhnya. Jenis radiasi; α : radiasi pengion kuat, β : radiasi pengion sedang, Gamma dan sinar-X : radiasi pengion lemah.

Ionisasi: proses terlepasnya elektron dari atom sehingga terbentuk pasangan ion. Radiasi pengion: radiasi yang dapat menyebabkan proses ionisasi, baik secara langsung (radiasi α dan β) maupun secara tidak langsung (radiasi gamma dan neutron). Efek fotolistrik: peristiwa terlepasnya elektron dari orbitnya ketika atom menyerap seluruh energi foton yang mengenainya.

Efek Compton: peristiwa terlepasnya elektron dari orbitnya ketika atom menyerap sebagian energi foton yang mengenainya dan menghamburkan sebagian energi lainnya. Produksi pasangan: terbentuknya pasangan elektron dan positron ketika energi foton diserap seluruhnya oleh pengaruh medan inti atom.

I = I0 e-μx I = B.I0 e-μx Atenuasi foton: Interaksi neutron: proses tumbukan elastik, tak elastik, reaksi inti (penangkapan neutron), dan reaksi fisi.

Semoga Sukses