PENGUKURAN RADIOAKTIVITAS

1. PENGUKURAN RADIOAKTIVITAS 2010/2011

2. Pendahuluan … • Peluruhanzatradioaktifmemancarkanpartikelbermuatan. • Radiasipartikelbermuatandapatdideteksidenganjalanmemanfaatkaninteraksiradiasitersebutdenganmateri. • Interaksidapatterjadimelaluiduacara, yaitu: (a) interaksiradiasidenganinti atom materi disekitarnya. (b) interaksiradiasidenganelektron atom materi, menurutgayacolumb.

3. InteraksiRadiasidenganElektron Atom Materi … Interaksiradiasidenganelektrondapatmenghasilkanduaproses, yaitu: • IONISASI suatupartikelbermuatan yang bergerakakanmenimbulkanmedanlistrikdisekitarnya. Medan listrikinimempengaruhielektron-elektron atom materi yang beradadidekatlintasanelektrontersebut. Jikainteraksicukupkuat, makaelektrondapatbertolakkeluardari atom yang sebelumnyaterikatdanmenerimasuatuenergikinetik.

4. b) EKSITASI Jikainteraksitidakcukupkuatuntukterjadinyaprosesionisasi, makabisaterjadieksitasi. Dalamhalini, elektronakanberpindahdarisuatukeadaanawaldenganenergiikat (Eo) menujukeenergiikatakhir (E1), dimana E1 < Eo

5. InteraksiRadiasidenganElektron Atom Materi … Jikapartikelbermuatanakanberinteraksimelaluimedan Coulomb ketikamerekasalingmendekat, akibatnyajalantempuhpartikeltersebutberubahdanterjadiperubahanmemontumdanenergisalahsatuataukeduapartikeltersebuttanpaterjadikontakfisiksecaralangsung.

6. InteraksiRadiasidenganElektron Atom Materi … Jenistumbukan yang terjadi: • Tumbukan ELASTIK terjadijika TIDAK terjadiperubahanenergidalamatauenergikinetik total daripartikel-partikel yang bertumbukan. b) Tumbukan TAK ELASTIK terjadijika ADA perubahanenergidalamdarisatuataulebihdarisistem yang bertumbukan (mis. terjadipengionan atom)

7. Penyerapan SEMPURNA terjadijikasemuaradiasi yang menumbukmateridiserapsempurna (tidakadaradiasisemula yang diteruskanataudipantulkan). Pengamataninteraksiradiasidenganmateridapatditinjausecaramakroskopismaupunmikroskopis.

8. Misal: Jikaintensitasradiasidiukursebelumdansesudahmelaluisuatumateri, makaintensitas yang diserapmateridapatdihitung. It Io Ia

9. Secara MASKOSKOPIK, pengukurannyamerupakanhasil rata-rata dariberbagaitumbukanradiasidengantiap atom penyusunmateri yang biasanyamelibatkanberbagaijenisinteraksi. • Secara MIKROSKOPIK, pengukurannyamemperhitungkansetiapjenistumbukan yang terjadipadatingkat atom atau sub atomikdanproses-proses yang diakibatkantumbukantersebut.

10. Interaksi Partikel α dengan Materi • Partikelalfaterdiriatasinti atom helium, yang merupakanintistabilkarenaenergiikat per nukleonnyacukuptinggi (≈ 7 MeV). • Partikelαmempunyaimassalebihbesardarielektron, sehinggajikaelektronditumbukdenganpartikelαmakaperlambatanpartikelαterjaditanpadifusi, melaluisejumlahbesartumbukandenganpertukaranenergisedikitdemisedikit.

11. Kadang-kadangsuatuelektron yang terlepasdari orbital atom olehpartikelαdanterlemparmelewatiruangdenganenergitertentuberakibatelektroninimampumenghasilkanpasangan ion. • Pengionanspesifik : jumlahpasangan ion yang dihasilkan per satuanpanjangdarijaraktempuh (per mm) radiasipengion. • Pengionanspesifikbergantungpadaenergi yang tertinggalpadapartikel.

12. Partikelαsecarakontinukehilanganenergisepanjangjalantempuhnyadenganmenghasilkanproses-prosespengionan, makapengionanspesifik pun berubahsecarakontinu. Bersamaandenganhilangnyaenergipartikel, kecepatanpartikelnyapunberkurang. Padakecepatan yang lebihrendah, partikelαmempunyailebihbanyakwaktuuntukmempengaruhilingkungan atom-atom yang dijumpainyasehinggajumlahpasangan ion yang terjadiakanlebihbanyakkarenapartikelαmempunyaikesempatanlebihbesaruntukberinteraksidenganelektron.

13. Kehilanganenergi per satuanpanjangakannaikdenganturunnyaenergipartikel. Makin lambatgerakanpartikelbermuatan, makinbesarkehilanganenerginya. Hal iniakanberakibatpadanaiknyarapationisasi. • Padasaatenergi (E) menurun, makarapat ion akanmencapaihargamaksimumdankemudianmenurunmendadakmenjadinolpadasuatuharga yang sedikitlebihtinggidarihargajangkauan rata-rata.

14. Di dalamudaradengantekanan 760 mmHg padatemperatur 0oC panjangjangkauan (R) partikelαdapatdinyatakandengankategori: a) E < 4 MeV, R (cm) = 0,56 E MeV. b) 4 MeV < E < 8 MeV, R (cm) = 1,24 E (MeV) – 2,62 • R partikelαdalamsuatu medium ataubahanlainnya, dapatdinyatakansbb: Rm (mg/cm2) = 0,56 x A1/3 x R dimana: A = nomor atom medium R = panjangjangkauanpartikelαdalam udara (cm) Rm = kerapatanketebalan (mg/cm2)

15. Hubunganantarakerapatan total denganketebalan (te) dapatdirumuskansbb: Rm (g/cm2) = Г (g/cm3) x te (cm) • Panjangjangkauan/lintasanpartikelαdalamtubuhmanusiadapatdinyatakansbb: Ra x Гa = Rt x Гt dimana: Ra = panjanglintasanαdiudara Гa = beratjenisudara Rt = panjanglintasanαdalamtubuhmanusia Гt = beratjenistubuhmanusia

16. Interaksi Partikel β dengan Materi • Kecepatanpartikelβbergantungpadaenerginya, dimanaberkisardari 0 secarakontinusampaisekitar 2,9 x 1010 cm/s (mendekatikecepatancahaya). • Partikelβharusbergerakdengankecepatan yang lebihbesardaripadakecepatanα yang mempunyaienergi yang sama, karenamassapartikelβlebihkecildaripartikelα.

17. Energipartikelβdihitungberdasarkankecepatanpartikelnya (v). jika v < (rendah), makaenerginyadapatdihitungmenggunakanpersamaan: E = ½ mv2 sedangkanjika v > (tinggi), makadiperlukanfaktorkoreksirelativitasEinsten : m = mo/{1-β2}1/2 dimana: m = massaefektif mo = massadiam β = v/c , dengan v = kecepatanpartikel c = kecepatancahaya

18. Penyerapanpartikelβolehmateridaripengamatan MAKROSKOPIS merupakanfungsidarijarak yang ditempuhpartikel-partikeldalambahanpenyerapdarirapatmassabahantersebut. • Jikasuatuberkaspartikelβdenganintensitas (Io) mengenaisuatu absorber, makasejumlahpartikelakanterserapsehinggaintensitas yang diteruskanadalah I.

19. X penyerapanpartikelβakanturunsecaraeksponensialjikamenembussuatubahanabsorbendengantebal (x). Pernyataantersebutdapatdinyatakandenganpersamaan: dimana: Ro = keaktifan yang teramatitanpa absorber R = keaktifan yang teramatidengan absorber μ = koefisienabsorpsi (cm2/g)

20. Hubunganantarapanjanglintasan (g/cm2) denganenergipartikelβ (MeV) dapatdinyatakansbb: Emaks > 0,8 MeV, maka R = 0,542 Emaks – 0,133 0,15 MeV < Emaks < 0,8 MeV, maka R = 0,407 (Emaks)1,38

21. Interaksi Partikel γ dengan Materi • Radiasiγadalahgelombangelektromagnetik, dimanadipancarkansebagaifotonataukwantaenergi yang menjalardengankecepatancahaya (c = 3x1010 cm/s). • Panjanggelombang (λ) danfrekuensi (ν) dihubungkandengankecepatancahaya (c) akandiperolehpersamaan: λ = c/ν

22. Energifotondihitungdenganmenggunakanhubungan: E = h ν • Hubunganantarapanjanggelombang (λ) denganenergi (E) dituliskansbb: λ(cm) = [1,24 x 10-10/E (MeV)] • Beberapainteraksipentingantarafotondenganmateriialahhamburan Rayleigh, Thomson, resonansiinti, Bragg, danFotodisintegrasi.

23. Hamburan RAYLEIGH jikainteraksiantarasuatufotondanelektron orbital tidakcukupuntukmenghasilkanpengionanataueksitasi atom, terjaditumbukanelastik, dimanaenergifotonsebelumdansesudahtumbukantidakberubah. • Hamburan THOMSON berdasarkansifatgelombang, mula-muladiperkirakanbahwasinar X akandipantulkanolehsuatucermin, namunternyatabahwasinar X banyakdihamburkandaripadadipantulkan. Hamburaniniadalahsuatuinteraksisinar X denganelektron orbital.

24. Hamburan RESONANSI INTI jikafrekuensivibrasisuatuintisamadenganfrekuensifoton yang mengenainyamakaterjadipenyerapanfoton, dimanafotonkemudiandipancarkankembalidariintitereksitasi. • Hamburan BRAGG terjadipadasinargamadengancara yang samasepertihamburansinar X (difraksisinar X) yang terjadipadasuatumukakristal. Hal inimerupakansuatujenishamburanelastikkoheren, karenaterdapathubunganfasa yang tepatantaragelombangjatuhdengangelombanghamburan.

25. Fotodisintegrasi dalaminteraksiinimelibatkansuatutumbukandarifotonberenergitinggidengansuatuinti. Fotonterserapsempurnadalamprosesinidansuatunetron, proton ataupartikel alpha dilepaskandariinti yang tereksitasi. • EfekFotolistrik terjaditerutamajikaenergifotonrendah. Tumbukantakelastikdarifotondenganelektron orbital menghamburkanpelepasansempurnadarielektrondanmenghasilkanpasangan ion.

26. Efek COMPTON pentinguntuksinarγdenganenergi medium (0,5 – 1,0 MeV). Efekinimelibatkansuatutumbukanantarafotondanelektron yang sebagianenergifotonnyadiberikanpadaelektron. Foton yang keluarmempunyaienergi yang lebihkecil. panjanggelombangfotondapatdihitungdgnpers: dimana :

27. PembentukanPasangan hanyamelibatkansinar gamma yang mempunyaienergilebihbesardari 1,02 MeV. Energisinar gamma diubahmenjadisuatuelektrondan positron dalamdaerahmedanelektromagnetiktinggi. Et = h.νo – 2 mo c2 dimana: mo : massaelektron νo : frekuensisinar gamma yang datang c : kecepatancahaya h : tetapan Planck

28. Jikasinar gamma menembusmateri, makaakanmengalamipenyerapanolehinteraksidengan atom-atom daribahanpenyerap, terutamaolehefekfotolistrik, efekcomptondanolehpembentukanpasangan. Hal inimengakibatkanterjadipenurunanintensitasradiasidenganjarak yang ditempuhnyamelaluibahanpenyerap. • Penurunanenergidariberkasradiasi gamma yang jatuhialahdalambentukeksponensial.

29. Io dan I masing-masingadalahintensitasawaldanintensitassetelahmenembus absorber setebal x. • μ adalahkoefisienabsorpsi yang merupakanjumlahdari 3 koefisienabsorpsiparsialyaituτ (koef. fotolostrik), σ (koef. efek Compton) danκ (koef. pembentukanpasangan). • Konsep yang bergunasehubungandenganpenyerapan gamma adalah HALF VALUE LAYER (HVL) atautebalseparo, yang didefinisikansebagaijarakpada absorber yang harusditempuh agar intensitasradiasi gamma berkurangmenjadisetengahnilaisemula.

30. Interaksi Partikel Neutron dengan Materi • Netronmerupakanpartikeltidakstabildenganwaktuparuh ± 12 menitdanmeluruhmenjadi 1 p, 1 n dan 1 netrino. • Netrontidakbermuatan, sehinggatidakdipengaruhiolehmedanmagnitmaupunmedanelektrostatis. Netronhanyadibelokkanapabilabertumbukandenganpartikel lain.

31. Netrondihasilkanmenggunakan 2 prosesumum, yaitupenembakanintidanpembelahandalamsuatureaktor. • Sumberpartikel yang menggunakanpenembakanintisebagaisumbernetronadaduajenis, yaitumenggunakansumberradioaktifmaupunmenggunakanpemercepatpartikelbermuatandengantegangantinggi.

32. Hamburan ELASTIK hamburanelastikadalahpenyebabutamadari MODERASI (perlambatan) netron. Dalamsuatutumbukanelastik, energikinetik total dan momentum total darinetrondanintitetapkonstan. Dalamhalinitidakterjadikehilanganenergidenganpelepasanradiasielektromagnetik. unsur-unsur yang seringdigunakansebagai Moderator adalahhidrogendankarbon. hidrogenadalah moderator yang sangatefisienkarenamempunyaimassa yang hampirsamadengannetronsehinggapadatumbukanelastiksempurnaakanmenghasilkanderajatmoderasiterbesar.

33. Hamburan RESONANSI TAK ELASTIK hamburan yang menyebabkankehilangandalamenergi total darisistem yang bertumbukan. Dalamsuatureaksijenis (n, n’) dengan n adalahnetronpenembakdan n’ adalahnetron yang lebihlambat yang dilepaskanintisasarandanperbedaanenergikeduanetrontersebutdipancarkansebagaisuatufoton.

34. Untukkebanyakanintipenangkapannetronmenghasilkanpeningkatanenergisekitar 8 MeVditambahenergikinetiknetron. Hal inimenyebabkanenergiinti yang terbentuksesudahpenangkapannetronberadadalamtingkatenergi yang tinggi. • Kestabilandicapaidenganpemancaranpartikelataufoton. Jenisreaksipenangkapanbergantungpadaenerginetronpenembak, sehinggamenurutenerginya, netrondibagimenjadi 4, yaitu:

35. NETRON LAMBAT (TERMAL) energiintimeningkathanyasekitar 8 MeVdanumumnyatidakcukupuntukmengeluarkansuatupartikel. Reaksiumumnyaialahjenisreaksi (n, γ) yang dikenaldenganreaksiPengaktifan. misal: • NETRON INTERMEDIATE penangkapandapatmenghasilkanreaksipengaktipansebanyakdiatas, tetapiintigabungan yang dihasilkanjugamempunyaicukupenergiuntukmengatasienergiikatdanmengeluarkansuatupartikel.

36. NETRON CEPAT energikinetiknyasampai 10 MeVmemberisumbangansampaisekitar 18 MeVkepadainti. Energiikatsuatunukleonhanyasekitar 8 MeV, sehinggaduapartikeldapatdilepaskandariinti. misalnya: • NETRON RELATIVITAS jumlahnukleon yang dapatdilepaskandariintisasarandengannetroninilebihbesar lain.