materi aplikasi teknolog nuklir€¦ · materi aplikasi teknolog nuklir fisika inti tinjauan umum...
TRANSCRIPT
MATERI APLIKASI TEKNOLOG NUKLIR FISIKA INTI
TINJAUAN UMUM PLTN
PRINSIP KERJA REAKTOR NUKLIR
BAGIAN2 REAKTOR NUKLIR
KONSEP KESELAMATAN NUKLIR
TEKNIK GAUGING
LOGGING
PERUNUT
POLIMERISASI
STERILISASI
PENGAWETAN
RADIOMETRIK
MATERI
• tersusun dari molekul yang
terdiri atas beberapa atom
Materi: Air
ATOM
• bagian terkecil dari suatu
yang masih memiliki sifat
materi tersebut
materi
dasar
Molekul : H O 2
10-10m • mempunyai ukuran ±
Angstrom)
( 1
atom = unsur Atom: O & H
PARTIKEL DASAR SUB ATOM
masa sangat ringan,
bermuatan listrik negatip
masa lebih berat dari elektron,
bermuatan listrik positip
masa sedikit lebih berat dari
proton, tidak bermuatan
listrik
Elektron
Proton Atom
Netron
MODEL ATOM BOHR
Elektron
Inti Atom (proton + Netron)
10-14 m
10-1
0 m
= 1
A
Lintasan Elektron
Elektron
Inti Atom
IDENTIFIKASI UNSUR
Jenis unsur ditentukan oleh jumlah yang ada di dalam inti atom.
proton
Misal, Semua adalah Semua adalah
atom atom atom atom
yang mengandung dari unsur Cobalt yang mengandung dari unsur Iridium
27 proton
77 proton
IDENTIFIKASI INTI ATOM
•
•
Nuklida =
Penulisan
Jenis Inti Atom
Contoh Atom cobalt------ 27Co59 lambang Jumlah proton = jumlah elektron = 27 Jumlah netron = 59 - 27 = 32
ZXA atau X-A
A: Nomor massa = Jumlah proton + neutron Z: Nomor atom = Jumlah proton
Istilah lain dari inti atom Nuklida, istilah untuk menyatakan jenis inti atom suatu unsur
Unsur yang sama dapat yang berbeda Contoh
memiliki nuklida
Unsur Irridium (Ir) dapat berupa nuklida 77Ir191
77Ir192 dan
Istilah dalam penamaan nuklida
• nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah proton (Z) sama, tetapi jumlah netron (A) berbeda Contoh : • Cobalt-59 (27Co59) dan Cobalt-60 (27Co60) adalah isotop dari unsur Cobalt
Isotop •
• 1H1, 1H2, 1H3
Istilah dalam penamaan nuklida
• nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah jumlah proton + netron (Z) – NO
Isobar MASSA - sama tetapi jumlah proton – NO ATOM- berbeda Contoh 14Si31, 15P31, 16S31 •
Istilah dalam penamaan nuklida
• nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah netron (A) sama, tetapi jumlah proton (Z) – NO ATOM- berbeda Isoton Contoh : 12Mg26, 13Al27, 14Si28 •
• nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah proton (Z) dan jumlah netron (A) sama tetapi mempunyai tingkat energi berbeda
Isomer • Contoh : 28Ni60dan 28Ni60*
Pengertian: Klasifikasi:
Radiasi pengion : mampu menngionisasi materi yang dilaluinya Contoh: Radiasi Sinar-X
pancaran dan perambatan energi melalui materi atau
ruang dalam bentuk gelombang elektro magnetik
atau Partikel
Radiasi bukan pengion: tidak menyebabkan
terjadinya ionisaso pada materi yang dilaluinya Contoh: Radiasi panas
Radiasi gelombang Electromagnetik
Diantara radiasi gelombang EM, sinar gamma dan sinar X memiliki energi
yang besar sehingga mampu mengionisasi media yang dilalui,
disebut radiasi pengion
Radiasi bukan Pengion
Radiasi Pengion
Radiasi Nuklir ???
Radiasi yang berasal dari suatu proses fisika di dalam atom
alpha (), beta () atau gamma ()
nuklida tidak stabil (radionuklida) Nuklida Stabil
N
ATOM STABIL DAN TIDAK STABIL
Atom Stabil
Atom Tidak Stabil
Ada lintasan yang lebih dalam
yang tidak terisi penuh
dengan
elektron sesuai dengan
kapasitasnya
Setiap lintasan yang
lebih dalam terisi penuh
dengan elektron sesuai
dengan kapasitasnya
Energi TRANSISI ELEKTRON
Eksternal
Sinar-X karakterist
ik
Dasar Fisika Radiasi TYN.RL2.DFR.120 27
BATAN
TYN.RL2.DFR.120 Dasar Fisika Radiasi 28
BATAN
alpha
Partikel beta
Radiasi Pengion
netron
Sinar-X Gelombang
Elektromagnetik Sinar
gamma
TYN.RL2.DFR.120 Dasar Fisika Radiasi 29
PENGERTIAN DASAR
Bagian terkecil dari suatu zat yang masih memiliki sifat zat tersebut
Inti Atom :
Proton : 1,007287 sma ( + )
Neutron : 1,008665 sma ( 0 )
1 sma : 1/12 massa Carbon = 1,66 x 10-27 kg
Elektron (-) : 0,000549 sma
mengelilingi inti atom
ATOM :
RADIASI
Pancaran energi melalui materi atau ruang dalam bentuk
gelombang elektromagnetik atau partikel.
Tak dapat dideteksi oleh indera manusia
Dapat berinteraksi dengan bahan/materi SIFAT
JENIS RADIASI
Pengion
(Alpha, Beta, Neutron, Sinar Gamma, Sinar-X)
Non Pengion
(ultra violet, gelombang mikro, gelombang radio dan radar)
elektron
proton
neutron
Zat Radioaktif Buatan
(Co60, Cs137, I131, Ir192, Cr51, P32, dll)
Mesin Sumber Radiasi
(Mesin Sinar-X, Akselerator, Reaktor Nuklir, Iradiator)
SUMBER RADIASI
1. SUMBER RADIASI ALAM
Sinar Kosmik (Benda Langit)
Batuan (U238, C14 dan K40)
Dalam Tubuh (C14 dan K40)
2. SUMBER RADIASI BUATAN
30
DALAM TUBUH RADIASI BUATAN RADIASI ALAM
0,50 mSv
50 mRem
10 mRem
5-15mRem
0,05 mSv
2 mRem
40 mRem
5 mRem
3mRem
25 mRem
ARLOJI
DIAGNOSTIK SINAR X
PESAWAT TERBANG
PLTN
BAHAN BANGUNAN
MAKANAN DAN
MINUMAN
SINAR
KOSMIK
MATAHARI
BATUAN
Kontributor Radiasi Terhadap Manusia Pertahun
KOMPUTER/TV
1Sv=1 Rem
KOMPOSISI RADIASI ALAM DAN BUATAN
ALAM 70%
MEDIK 29%
LAIN 1%
EINSTEIN : kesetaraan massa energi: E = mc 2
e = energi dalam joule (kg m2 /s2 )
m = massa benda dalam kg
c = kecepatan cahaya = 3 x 10 8 m/detik
Didapat perhitungan akhir
1 kg = 9 x 1016 j dan
1 sma = 1,5 x 10-12 j
karena
1 ev = 1,602 x 10-19 j, maka 1 sma = 931 Mev
ENERGI :
Bersifat Diskrit dengan Energi :
E = h = h C/ (h = Planck, = panjang gelombang)
Tidak dapat dilhat (Sinar , Sinar -X)
MODEL ATOM BOHR
Transisi Elektron dari Kulit :
E = h = Ei - Ef Pemancaran Energi i > f
Penyerapan Energi i < f
Sinar-X Karakteristik
IONISASI
Lepasnya Elektron dari atom (ikatan elektron didalam atom relatif lemah) mebentuk Ion (+) dan Ion (–)
RADIASI ELEKTROMAGNETIK
RADIOAKTIVITAS DAN RADIASI
N (Neutron)
STABILITAS N=Z
(1)
(2)
Z (Proton)
Peluruhan alpha
N bertambah 1
Z berkurang 2
Peluruhan beta positif
N berkurang 2
Z berkurang 1
Kurva stabilitas
Peluruhan beta negatif
N berkurang 1
Z bertambah 1
Proton (Z)
Neutron (N)
JENIS PELURUHAN
DI ATAS KURVA STABIL
Peluruhan Beta Negatif
- N berkurang 1 proton bertambah 1
DI BAWAH KURVA STABIL
Peluruhan Beta Positif
- Z berkurang 1 N bertambah 1
Peluruhan Alpha
- Z berkurang 2 N berkurang 2
KESTABILAN INTI
¼ isotop stabil
PANDANGAN FISIKA KLASIK
Jika inti atom mengalami peluruhan alfa atau beta,
maka nomor atom Z berubah dan inti berubah
menjadi inti baru. Hal ini berarti bahwa unsur
tidak tetap.
Energi yang dihasilkan pada peluruhan radioaktif
berasal dari inti individu tanpa eksitasi internal,
berbeda dengan radiasi atomik.
Gejala peluruhan radioaktif merupakan kejadian
statistik, yang memenuhi teori kemungkinan
(peluang/probabilitas).
2/22/2017
40
RADIOAKTIVITAS
Fenomena radioaktivitas pertama kali dikemukan oleh Henry Becquerel (1896), yang diawali oleh ide Roentgen (1895), yang berhasil mendeteksi sinar-X dengan fluorisensi.
Penemuan radioaktivitas selanjutnya oleh Pierre dan Marie Curie pada saat mengekstraksi Uranium dari bahan tambang, yaitu Polonium dan Radium.
Radioaktivitas merupakan proses pemancaran spontan partikel radiasi (spontaneous emission of radiation )
Berdasarkan eksperimen diperoleh kesimpulan bahwa radioaktivitas merupakan hasil peluruhan (decay) atau disintegrasi dari inti-inti tak stabil (unstable nuclei).
2/22/2017
41
TIPE-TIPE RADIASI
Rutherford dan rekan-rekannya berhasil membedakan tiga
jenis radiasi yang dipancarkan oleh nuklida, yaitu :
Alpha particles
Partikel Alfa merupakan inti Helium ( 4He )
Beta particles
The particles berupa elektron (-) atau positron (+) Positron merupakan antipartikel dari elektron
Positron serupa dengan elektron, tetapi bermuatan +e
Gamma rays
Sinar gamma merupakan foton berenergi tinggi
2/22/2017
42
NUCLEAR STABILITY
2/22/2017 43
Stable nuclei
Proton unstable
Neutron unstable
2/22/2017
44
Nuklida Stabil Semua Nuklida yang dikenal
PELURUHAN RADIOAKTIF
Berdasarkan hasil eksperimen peluruhan radioaktif mengikuti hukum eksponensial.
Peluruhan merupakan kejadian/peristiwa statistik murni. Hal ini berarti kita tidak dapat memprediksi atom mana yang akan meluruh pada detik berikutnya.
Atom yang ada mempunyai probabilitas akan meluruh pada detik berikutnya sebesar .
Asumsi dasar pada teori statistik bahwa probabilitas peluruhan tidak bergantung pada waktu dan jumlah inti/atom yang masih ada.
Pada selang waktu dt, probabilitas peluruhan sebuah atom sebesar dt.
Jumlah partikel radiaoktif yang meluruh dalam selang waktu tertentu sebanding dengan jumlah total partikel dalam sampel bahan radioaktif tersebut :
λ disebut kontanta peluruhan (decay constant/disintegration) dan menentukan kecepatan material tersebut meluruh.
Tanda minus berarti bahwa N berkurang terhadap waktu.
2/22/2017 45
NdtdN
KURVA/GRAFIK PELURUHAN
Integral persamaan di atas
tersebut menghasilkan :
Waktu paro (half-life)
didefinisikan sebagai waktu
yang diperlukan untuk meluruh
separoh dari atom yang ada :
46
2/22/2017
693.02lnT 21
0
tN N e
AKTIVITAS
Laju peluruhan atau aktivitas, A, dari sampel radioaktif didefinisikan sebagai jumlah peluruhan per detik, yaitu :
2/22/2017 47
NeNdt
dNA t
o Aktivitas
Umur rata-rata (Average/Mean Life) Bentuk eksponensial peluruhan radioaktif mengindikasikan bahwa
semua atom akan meluruh secara sempurna dalam waktu tak
berhingga. Oleh karena itu tiap atom individual mungkin
mempunyai umur dari nol sampai dengan tak berhingga.
Berdasarkan fenomena statistik alamiah ini didefiniskan kuantitas
umur rerata (average atau mean life, ).
t
ot eAA
UMUR RATA-RATA
Umur rata-rata didefinisikan sebagai :
Dalam bentuk integral, dituliskan sebagai :
2/22/2017 48
0
0
0
0
N
dNt
dN
dNt
No
No
No
.....
....
321
332211
dNdNdN
dNtdNtdNt
1
00
0
dtetN
dteNtt
t
o
SOAL
Jika mula-mula terdapat 0,5 gram zat radioaktif murni, dan 12 jam kemudian masih tersisa 0,125 gram zat yang masih radioaktif, berapakah!
Waktu paro (T1/2) unsur radioaktif tersebut
Konstanta peluruhan ()
Aktivitas, mula-mula dan aktivitas pada t = 12 jam
Umur rata-rata
Jumlah atom/inti yang masih radioaktif, setelah 12 jam meluruh, diketahui MR = 235 dan NA= 6,02 x 1023 atom/mol
2/22/2017 49
SATUAN PELURUHAN
Satuan aktivitas radioaktif, A, adalah Curie, Ci
1 Ci = 3.7 x 1010 peluruhan/sekon
Satuan Internasional (SI) aktivitas adalah Becquerel, Bq
1 Bq = 1 peluruhan/ sekon
Jadi, 1 Ci = 3.7 x 1010 Bq
Satuan aktivitas yang secara umum sering digunakan mCi dan µCi
2/22/2017 50
ATURAN UMUM PROSES PELURUHAN
Proses perubahan suatu unsur menjadi unsur lain,
dinamakan peluruhan spontan (spontaneous decay)
atau transmutasi (transmutation)
Nomor massa unsur, A, kedua ruas persamaan
harus sama.
Nomor atom unsur, Z, kedua ruas persamaan juga
harus sama
Harus dipenuhi Hukum Kekekalan Massa-Energi
dan kekekalan Momentum.
2/22/2017
51
PELURUHAN ALPHA
Jika sebuah atom/inti memancarkan partikel alfa (alpha particle), maka akan kehilangan dua proton dan dua buah neutron N turun/berkurang 2
Z turun/berkurang 2
A turun/berkurang 4
Skema Peluruhan Alfa :
X dinamakan inti induk (parent nucleus)
Y dinamakan inti anak (daughter nucleus)
2/22/2017 52
HeYX 4
2
4A
2Z
A
Z
PELURUHAN ALPHA (ALPHA DECAY)
Peluruhan 226Ra
Umur paroh peluruhan ini adalah 1600 tahun.
Sisa mass berubah menjadi energi kinetik
Momentum dari kedua partikel sama dan geraknya berlawanan arah.
53
2/22/2017
HeRnRa 4
2
222
86
226
88
BETA DECAY
Pada peluruhan beta, inti anak (daughter nucleus) mempunyai jumlah nukleon yang sama dengan inti induk (parent), tetapi nomor atomnya berbeda satu.
Pemancaran (emisi) elektron tersebut berasal dari inti
Proses ini terjadi apabila neutron berubah menjadi proton dan elektron
Harus dipenuhi Hukum Kekekalan Energi
2/22/2017 54
PELURUHAN BETA – ENERGY ELECTRON
Energy yang dibebaskan pada peluruhan beta hampir semuanya menjadi energi kinetik elektron
Hasil Ekperimen menunjukkan bahwa beberapa elektron energi sebesar energi kinetik tersebut
Untuk menghitung kehilangan energi “missing energy”, pada 1930 Pauli, mengajukan keberadaan partikel lain.
Enrico Fermi menamakan partikel ini partikel neutrino
Sifat-sifat neutrino : Tidak bermuatan listrik
Massa lebih kecil dari elektron, tetapi tidak mungkin nol
Mempunyai Spin = ½
Interaksinya dengan materi sangat lemah
55
2/22/2017
BETA DECAY
Skema Peluruhan Beta
merupakan simbol dari neutrino merupakan simbol dari antineutrino
Dapat disimpulkan bahwa pada peluruhan beta dipancarkan pasangan partikel, yaitu : Elektron dan antineutrino Positron dan neutrino
2/22/2017 56
eYX
eYX
A
1Z
A
Z
A
1Z
A
Z
PELURUHAN GAMMA (GAMMA DECAY)
Sinar Gamma (Gamma rays) dipancarkan oleh inti yang tereksitasi dan kembali lagi ke tingkat energi yang lebih rendah (lower energy state)
Serupa dengan proses elektron yang berpindah “jumps” ke tingkat energi rendah dan memancarkan photon
Keadaan inti yang tereksitasi dihasilkan oleh lompatan “jumps” baik proton maupun neutron
Tingkat energi inti tereksitasi dapat disebabkan oleh tumbukan seperti pada pemancaran partikel alpha atau beta
Contoh peluruhan beurutan (decay sequence)
Tahap pertama pemancaran beta (beta emission)
Tahap kedua pemancaran gamma (gamma emission)
C* adalah inti Carbon dalam keadaan tereksitasi
Emisi Gamma, tidak merubah baik A maupun Z
2/22/2017 57
C*C
e*CB
12
6
12
6
12
6
12
5
REAKSI INTI (NUCLEAR REACTIONS)
Struktur inti dapat diubah dengan menembak
(bombarding) inti partikel energetik (energetic
particles)
Perubahan ini disebut nuclear reactions
Sebagaimana pada peluruhan inti, nomor atom
dan nomor massa pada kedua ruas persamaan
harus setimbang
2/22/2017 58
HARGA Q ( Q VALUES)
Energy must also be conserved in nuclear reactions
The energy required to balance a nuclear reaction is called the Q value of the reaction An exothermic reaction
There is a mass “loss” in the reaction There is a release of energy Q is positive
An endothermic reaction There is a “gain” of mass in the reaction Energy is needed, in the form of kinetic energy of the
incoming particles Q is negative
2/22/2017 59
REAKSI INTI
2/22/2017 60
Tentukan hasil/produk dari reaksi inti :
7 4
3 2 ?Li He n
Tentukan harga Q reaksi inti tersebut !
2/22/2017 61
Diketahui :
Reaksi inti
Tentukan :
Q = ?
Agar supaya reaksi setimbang, jumlah total nukleon
(A) pada kedua ruas sama. Jumlah proton Z juga harus
sama.
7 4 1 10X X
Maka harga Q reaksi adalah :
7 4 10
2 2 2.79nLi He BQ m c m m m m c MeV
3 2 0 5Y Y
Jumlah nukleon (A): Jumlah proton (Z):
Maka, diperoleh inti B (Boron), sehingga reaksi menjadi : 7 4 10 1
3 2 5 0Li He B n
7 4
3 2 ?X
YLi He n
Penyelesaian :
ENERGI AMBANG (THRESHOLD ENERGY)
Agar supaya memenuhi kekekalan momentum dan energi, partikel yang datang harus mempunyai energi kinetik minimal, yang disebut energi ambang (threshold energy)
m, massa partikel yang datang
M ,massa partikel target
Apabila energi ambang lebih kecil dari energi ambang, maka reaksi inti tidak dapat terjadi
2/22/2017 62
QM
m1KEmin
Reaktor daya fisi membangkitkan panas melalui reaksi fisi nuklir dari isotop fissil uranium dan plutonium.
2/22/2017 63
Reaktor thermal menggunakan moderator neutron untuk
melambatkan atau me-moderate neutron sehingga mereka
dapat menghasilkan reaksi fissi selanjutnya. Neutron yang
dihasilkan dari reaksi fissi mempunyai energi yang tinggi
atau dalam keadaan cepat, dan harus diturunkan energinya
atau dilambatkan (dibuat thermal) oleh moderator sehingga
dapat menjamin kelangsungan reaksi berantai. Hal ini
berkaitan dengan jenis bahan bakar yang digunakan reaktor
thermal yang lebih memilih neutron lambat ketimbang
neutron cepat untuk melakukan reaksi fissi.
Partikel Alfa (α) adalah bentuk radiasi
partikel yang dapat menyebabkan ionisasi
dan daya tembusnya rendah. Partikel
tersebut terdiri dari dua proton dan dua
netron yang terikat menjadi sebuah
partikel yang identik dengan inti Helium
(2He4).
Kestabilan inti tercapai jika :
Z < 20; atau
20 Z <83 tetapi n/p > 1
Jika salah satu tidak terpenuhi, maka untuk
mencapai kestabilannya inti akan meluruh
memancarkan radiasi [, , , n atau X ]
Zat yang memancarkan radiasi zat
radioaktif
HUKUM PELURUHAN
BERSIFAT STATISTIK :
Tidak diketahui dari nuklida yang mana
Peluruhan dalam waktu dt adalah = - dt
A(t) = dN/dt = N(t) = No e- t = Ao e- t
At = Ao e- t
= Konstanta Peluruhan
Apabila t = T1/2 maka
At = (1/2)n . Ao
AKTIVITAS JENIS
(Ci /gr atau Bq/gr ) = A SP
A SP = N = 0,693 / T ½ X 1 gr / A X NA
N = Jumlah Atom dalam 1 gram unsur
A = Nomor massa
NA = Bilangan Avogadro
JENIS RADIASI
1. Alpha (+) : 2He4 ZXA Z-2 Y A-4 +
2. Beta (+) : 1e0 ZXA Z-1 Y A + +
3. Beta (-) : -1e0 ZXA Z+1 Y A + -
4. Neutron ( ) : 0n1 ZXA Z Y A+1 + n
5. Gamma ( ) : ZXA Z X A +
ISO… ZXA
Isotop : Z sama; A berbeda; sifat kimia sama
29Cu63 dan 29Cu65
Isoton : Z berbeda; neutron sama
12Mg26, 13Al27 dan 14Si28
Isobar : A sama; Z berbeda
14Si31, 15P31 dan 16S31
SIFAT – SIFAT RADIASI ALFA
BERMUATAN BESAR (+2e)
DIBELOKKAN MEDAN LISTRIK DAN MAGNET
MENGIONKAN ZAT YANG DILALUINYA
DAYA IONISASI SANGAT BESAR
JARAK JANGKAU KECIL 3,4 – 8,6 cm
MUDAH DIHAMBAT : CUKUP DENGAN SELEMBAR
KERTAS
BERKECEPATAN 1/100 – 1/10 C (KEC.CAHAYA)
SIFAT – SIFAT RADIASI BETA
2 JENIS : - (Elektron) dan + (Positron)
(MASSA SAMA BERMUATAN BERBEDA)
DAYA IONISASINYA 1/100
DIBELOKKAN MEDAN LISTRIK & MAGNET
MUDAH DIHAMBUR DALAM MEDIUM
BERKECEPATAN 1/100 – 99/100 C
SIFAT – SIFAT RADIASI GAMMA
TIDAK BERMASSA DAN TIDAK BERMUATAN
TIDAK DIBELOKKAN MEDAN LISTRIK DAN
MAGNET
BERENERGI TINGGI ( >ENERGI SINAR-X )
DAYA TEMBUS SANGAT BESAR
DAYA IONISASI KECIL
SIFAT – SIFAT RADIASI NEUTRON
Tidak Bermuatan
Tidak Dibelokkan Medan Listrik Dan Magnet
Daya Tembus Bergantung Pada Energi
Laju (Energinya) Diturunkan Jika Bertumbukan
Dengan Atom Seukuran, Mis. Hidrogen Yang
Terdapat Dalam Air Atau Polimer
Pada Energi Tinggi Tertentu, Dapat Mengubah
Zat Yang Dilaluinya Menjadi Zat Radioaktif
SIFAT RADIASI
Radiasi Proses Catatan
Alpha Tumbukan In-Elastik Dengan
Kumpulan Elektron
Eksitasi Dan Ionisasi
Beta
Tumbukan In-Elastik Dengan
Elektron
Perlambatan Karena Medan Inti
Eksitasi Dan Ionisasi
Bremstrahlung
Gamma
1. Foto Listrik
2. Efek Compton
3. Produksi Pasangan
Photon Di Serap
Semuanya
Sebagian Diserap
Sebagian Diserap
Netron
Pantulan Elastik
Pantulan In-Elastik
Proses Penangkapan / Transmutasi ---
SIFAT RADIASI BERDASARKAN DAYA
TEMBUS/JANGKAU
Radiasi Massa Muatan
Daya
Jangkau
Udara
Daya
Jangkau
Tubuh
Alpha 4 +2 0 – 0,1 m 0,4 mm
Beta 1/1840 -1 / +1 3m 5 mm
X / 0 0 Jauh Menembus
Ncepat 1 0 Jauh Menembus
Nlambat 1 0 jauh 0,15 m
DAYA TEMBUS / IONISASI
/ x
n
DAYA TEMBUS DAYA IONISASI
Interaksi Sinar X / dengan Materi
Energi Radiasi
Kerapatan Elektron / Jumlah Atom (Z)
e- Ek
photon
EFEK YANG TERJADI
1. Efek Fotolistrik : 0,1 Mev < E Photon 0,5 Mev
Eksitasi Elektron (E) = Ek’ = Ek
- Kulit Terluar
- Kulit Didalamnya : Sinar-X Karakteristik / Fluoresen
2. Efek Compton : 0,5 Mev < E Photon 1,02 Mev
Eksitasi Elektron (E) + Ek’ = Ek
3. Efek Produksi Pasangan : E Photon > 1,02 Mev
Elektron + Positron = Anihilasi ()
Radiasi Gamma/ Sinar X
Medium Udara masa dM
Pengertian Dasar
• Definisi Kemampuan radiasi foton ( sinar x atau gamma) untuk
menimbulkan ionisasi di udara dalam volume tertentu
Hanya berlaku untuk sinar X/gamma dan medium
udara
dQ = Jumlah pasangan ion yang
terbentuk di udara
dm = Massa udara dalam volume
tertentu (NTP) dm
dQ x
• Satuan paparan :
SI : Coulomb/kilogram
Pengertian :
1C/kg adalah besarnya paparan yang dapat
menyebabkan terbentuknya listrik sebesar
satu coulomb di dalam udara normal (NTP) dengan massa 1 kg
Satuan lama : Rontgen (R)
1R = 1 esu /gram = 2,58 x 10 -4 C/kg
Semua jenis radiasi Semua jenis medium
massa dm
menyerap
energi
DOSIS SERAP =
1. Pengertian Dasar
Definisi Energi rerata yang diserap bahan per satuan massa
bahan
Berlaku untuk semua jenis radiasi dan semua jenis
bahan
dE = Energi yang diserap oleh
bahan
dm = Massa bahan dm
dE D
Satuan dosis serap : Satuan SI : Gray
Pengertian : 1 gray = energi rerata sebesar 1 joule yang
diserap oleh bahan dengan massa sebesar 1 kg
1 Gray = 1 Joule/kg bahan
Satuan lama : Rad
1Rad = 100 erg/gram = 100 -1 Gray
1 erg = 10−7J= 100 nJ Ergon: usaha
Semua jenis radiasi
Satu jenis
organ/ jaringan
kulit
kulit
kulit
kulit
efek yang timbul berbeda
Wr ( )
Wr ( )
Wr ( )
Wr (x) berbeda
1. Pengertian Dasar
• Definisi Dosis ekivalen adalah besar dosis serap dikalikan dengan faktor bobot radiasi .
• Satuan dosis ekivalen Satuan SI : Sivert ( Sv ) Satuan lama : Rem
H = dosis ekivalen
D = dosis serap
Wr = faktor bobot radiasi
1 Sivert - 100 rem
R w D H
Jenis radiasi
yang sama
( Dosis Ekivalen Sama )
Efek pada setiap
organ/ jaringan
BERBEDA
W T berbeda
Beberapa / semua
organ/ jaringan
W T
paru - paru
W T
kulit
W T
usus
1. Pengertian Dasar
• Definisi Dosis efektif adalah dosis ekivalen (H) dikalikan
dengan faktor bobot organ/ jaringan (W T ). atau
dosis serap (D) dikalikan dengan faktor bobot radiasi (W R ) dan faktor organ/ jaringan (W T ).
Satuan
Sistem SI : Sievert
Satuan lama : Rem
T R
T T
W W D
W H E
Curie ke Becquerel Becquerel ke Curie
1 μCi = 37 KBq 1 Bq = 27 x 10-11 Ci
1 mCi = 37 MBq 1 KBq = 27 x 10-3 Ci
1 Ci = 37 GBq 1 MBq = 2,7 x 10-5 Ci = 27 μCi
103 μCi = 37 TBq 1 GBq = 2,7 x 10-2 Ci = 27 mCi
1 TBq = 27 x 10 Ci = 27 Ci
SURAT KEPUTUSAN KEPALA BAPETEN NO. 1/KA.BAPETEN/99
No. 4/2013
1. membatasi peluang terjadinya akibat stokastik
2. mencegah terjadinya akibat non stokastik
(deterministik)
1. Justifikasi : manfaat > risiko
2. Limitasi : < NBD (nilai batas dosis)
3. Optimasi : ALARA
Nilai Batas Dosis (NBD) adalah penerimaan dosis yang
tidak boleh dilampaui dalam setahun, tidak bergantung
pada laju dosis, baik dari penyinaran eksterna maupun
interna, tetapi tidak termasuk penerimaan dosis dari
penyinaran medis dan penyinaran alam
1. Pekerja radiasi seluruh tubuh : 20 mSv (2 rem)
2. Wanita usia subur
13 mSv (1,3 rem) dalam jangka waktu 13 minggu pada abdomen
3. Wanita hamil
10 mSv (1 rem) pada janin terhitung sejak mengandung hingga bayi lahir
4. Penyinaran lokal : rata-rata 500 mSv (50 rem) - lensa mata : 150 mSv (15 rem) - kulit : 500 mSv (50 rem) - tangan, lengan, kaki & tungkai : 500 mSv (50 rem)
5. Penyinaran khusus direncanakan tidak boleh melebihi - dua kali NBD dalam setahun - lima kali NBD untuk seumur hidup
6. Magang dan siswa
- > 18 tahun : = NBD pekerja radiasi - 16 - 18 tahun : = 0,3 NBD pekerja radiasi - < 16 tahun : = 0,1 NBD masyarakat umum/th, 0,01 NBD masyarakat umum 7. Masyarakat umum
seluruh tubuh, penyinaran lokal, lensa mata, kulit, tangan, lengan, kaki dan tungkai : 0,1 NBD pekerja radiasi
8. Masyarakat secara keseluruhan Setiap Pemegang Ijin (PI) harus menjamin
kontribusi penyinaran yang berasal dari instalasinya kepada masyarakat serendah mungkin, dan dilaporkan pada instansi yang berwenang (BAPETEN)
1,3325 MeV
0,6616 MeV
γ1
00
27Co60 T½=5,2
26 th β 1 (99%)
β 2
(1%)
2,5057 MeV
γ1
γ2
00
28Ni60
stabil
55Cs137 T½=30
th β 1
(95%)
β2
(5%)
56Ba137
PROSES PELURUHAN BERTINGKAT
Misalkan N1 adalah inti atom radio aktif dengan tetapan peluruhan meluruh menjadi inti atom baru N2 dengan tetapan peluruhan 2, meluruh lagi menjadi inti atom stabil N3. jika di analogikan dengan sutu generasi maka inti atom ke-1 disebut dengan inti atom induk, generasi ke-2 disebut inti atom anak dan generasi ke-3 inti atom cucu. Seperti di sajikan pada gambar.
2,
Induk Anak Cucu
radioaktif radioaktif stabil
1
N1 N2 N3
1
Pada saat awal t = 0, N1 = N10, N2 = N3 = 0.
Setelah selang waktu dt, maka laju
perubahan inti anak,induk dan cucu
memenuhi :
1. Kesetimbangan Transien (Transient Equilibrium)
1 < 2 : umur rerata unsur induk daripada unsur
anak luruh.
2 < 1 : setelah waktu tertentu, unsur anak
(daughter) akan meluruh dengan laju
peluruhannya sendiri.
Berpijak pada persamaan :
B. KESETIMBANGAN RADIO
AKTIVITAS
2. Kesetimbangan Sekuler/Permanen (Permanent or Secular Equilibrium)
Berdasarkan peluruhan berturutan/ bertingkat
Apabila half life (umur paro) unsur induk sangat lama, jika dibandingkan dengan
unsur anak luruh, 1 << 2, maka persamaan di atas tereduksi menjadi :
Sebab : 2 - 1 2 , dan e-1
t 1
Selanjutnya waktu peluruhan, t sangat lama dibandingkan dengan inti anak, yaitu t >> 1/2,
teNN 2110
2
12
tteeNN 21
10
12
12
maka e -2t , dapat diabaikan/dihilangkan
Persamaan kesetimbangan sekuler menjadi ;
Yang berarti jumlah N2 atau keberadaan inti
anak konstan. Unsur anak luruh disebut dalam
keadaan “ kesetimbangan permanen/sekuler”
dengan unsur induk.
Apabila umur paro unsur anak sangat lama,
maka jumlahnya hampir konstan, yaitu N10 =
N1, sehingga :
Kondisi “permanent or secular
equilibrium”menjadi
1
2
12 NN
2211 NN
211221 /// NN
atau
10
2
110
2
12 01 NNN
Dalam proses peluruhan radioaktif, nomor massa A inti induk akan berubah dengan 4 satuan (peluruhan alfa) atau A tidak berubah (peluruhan beta). Karena itu nomor massa A dari isotop-isotop anggota peluruhan berantai, pasti meluruh dengan kelipatan 4. Dengan demikian ada empat deret yang mungkin dengan nomor massa A, yang dapat dinyatakan dengan rumus 4n, 4n + 1, 4n + 2, 4n +3, dengan n adalah bilangan bulat.
Masing-masing deret radioaktif diberi nama dengan inti induknya. Deret radioaktif 4n + 2 diberi nama deret uranium. Deret radioaktif 4n + 3 diberi nama deret aktinium. Deret 4n diberi nama deret deret Thorium dan deret 4n + 1 diberi nama deret Neptunium.
C. DERET RADIOAKTIV
SOAL
Buat grafik peluruhan dari induk :Ba 140 (t1/2
= 12,8 hari, dan anak : La-140 (t11/2: 40 jam)
Buat grafik peluruhan untuk induk Cs-137
(t1/2= 30 th) dan anak Ba-137 (t1/2= 2,6
menit)
Seseorang dikatakan menderita sindrom
radiasi akut ketika dirinya terpapar radiasi
selama beberapa waktu. Bisa saja dalam
hitungan menit.
Gejala awal dapat dirasakan beberapa
menit hingga beberapa hari setelah
seseorang terpapar radiasi. Gejala
tersebut dapat berupa muntah-muntah,
diare, dan mabuk atau pening. Gejala ini
dapat berlangsung hingga hitungan hari.
Setelah gejala awal hilang, seseorang kembali
bugar. Namun, tak lama kemudian, orang
tersebut akan menderita kembali. Bahkan,
kali ini lebih parah. Gejalanya dapat berupa
kelelahan, demam, kehilangan nafsu makan,
muntah, dan diare. Tahap ini dapat
berlangsung selama beberapa bulan.
Kerusakan pada kulit akibat radiasi dapat
timbul dalam hitungan jam. Hal ini dapat
bertahan hingga hitungan tahun, tergantung
seberapa parah seseorang terpapar radiasi.
Gejalanya, kulit terasa perih dan bahkan
terasa seperti terbakar.
Rambut pun dapat menjadi rontok akibat radiasi.
Terpapar radiasi dapat saja berujung pada kematian,
tergantung tingkat keparahannya. Biasanya, pada
banyak kasus, kematian terjadi beberapa bulan
setelah seseorang terpapar radiasi. Kematian
diakibatkan rusaknya tulang sumsum, infeksi, atau
pendarahan.
Seseorang yang selamat dari sindrom radiasi akut
dapat terus merasakan gejala hingga dua tahun
setelah terpapar.
Perawatan yang dilakukan bagi seseorang yang
terpapar radiasi terdiri dari tindak pencegahan dari
kontaminasi lebih lanjut, mengurangi gejala sindrom,
dan penyembuhan organ yang rusak akibat radiasi.