Radiasi Partikel Bermuatan

Adapun jenis radiasi  dapat  dibedakan  menjadi  radiasi  partikel  bermuatan, radiasi  partikel  tak  bermuatan,  dan  gelombang  elektromagnetik  atau  foton. Ketiga jenis radiasi ini mempunyai karakteristik fisis dan cara interaksi dengan materi yang sangat berbeda.

RADIASI PARTIKEL BERMUATAN

Radiasi ini merupakan pancaran energi dalam bentuk partikel yang bermuatan listrik. Beberapa jenisnya adalah radiasi alpha dan beta yang dipancarkan oleh zat radioaktif (inti atom yang tidak stabil), serta radiasi elektron dan proton yang dihasilkan oleh mesin berkas elektron ataupun akselerator.

1.      Alpha

Partikel  alpha  terdiri  dari  dua  buah  proton  dan  dua  buah  neutron,  identik dengan inti atom Helium, serta mempunyai muatan listrik positif sebesar 2 muatan elementer. Radiasi alpha dipancarkan oleh zat radioaktif, atau dari inti  ataom  yang  tidak  stabil.  Jumlah  proton  dan  jumlah  neutron  di  dalam inti atom yang memancarkan radiasi alpha akan berkurang dua.

  

Gambar 1: proses peluruhan alpha

Sinar-α dibelokkan oleh medan magnet kearah kutub negative, dan merupakan partikel yang bermuatan listrik +2 dan massanya 4 sma. Sinar-α  merupakan inti/ion atom Helium (₂He⁴). Jika inti atom memancarkan sinar-α, maka dihasilkan inti baru dengan nomor atom tersebut akan berkurang 2 dan nomor massanya berkurang 4, dengan kata lain jumlah proton dan neutron dalam inti atom masing-masing berkurang dua buah. Sesuai dengan hukum kekekalan nomor atom dan nomor massa, proses pemancaran sinar alfa dapat ditulis sebagi berikut:

_zX^A → _z-2X^A-4 + ₂α⁴

           Dengan X adalah inti yang melakukan peluruhan dan Y adalah inti hasil peluruhan. Contoh:

                                   ₈₄Po²¹⁰ → ₈₂Pb²⁰⁶ + ₂α⁴

            Dimana;   ₈₄Po²¹⁰  mempunyai εn = 126 dan εp = 84

                         ₈₂Pb²⁰⁶   mempunyai εn= 124  dan εp =82

Jadi, dari penjelasan di atas dapat disimpulkan sifat dari radiasi alfa:

Ø           Berupa partikel

Ø           Merupakan inti/ion Helium yang bermuatan positip

Ø           Mempunyai daya ionisasi yang besar

Ø           Kecepatannya 1/10 kecepatan cahaya

             Di dalam medan magnet dan medan listrik diketahui bahwa kecepatan gerak partikel α berkisar antara 0,054 c hingga 0,07 c, dengan c adalah kecepatan cahaya yang nilainya 3 x 10⁸m/s. Karena massanya yang cukup besar, yaitu 4 sma, maka jangkauan partikel-α sangat pendek. Partikel-α dengan energy tertinggi kemampuan jelajahnya di udara hanya beberapa sentimeter. Sedang dalam jaringan jangkauannya lebih pendek lagi yaitu beberapa micron.

            Pengujian partikel α yang dilakukan oleh Rutherford dan kawan-kawan menggunakan kamar kabut Wilson menunjukkan bahwa sebagian besar partikel α memiliki jangkauan yang sama di dalam gas, dan partikel itu bergerak menbentuk jejak lurus.

            Hasil pengujian juga menunjukkan bahwa beberapa partikel α mengalami hamburan pada akhir lintasannya, sedang sebagian kecil mengalami hamburan pada jarak dekat dari sumber. Karena menpunyai massa yang cukup besar dan bergerak dengan kecepatan relative tinggi, partikel αmemiliki energy kinetic yang cukup besar.

Mekanisme utama hilangnya energy partikel α adalah melalui ionisasi dan eksitasi. Dalam udara atau jaringan lunak, partikel α rata-rata kehilangan energy sebesar 5 eV untuk setiap pasangan ion yang dibentuknya.

                         Ionisasi tersebut, terjadi melalui 2 proses:

·        Tumbukan lansung partikel α dengan orbital electron

·        Interaksi medan elektrostatik antara partikel α dan electron orbital dalam atom medium penyerap.

            Eksitasi trjadi ketika energy yang di transfer ke electron atom medium tidak cukup untuk melepaskan electron dari pengaruh ikatan inti atom. Dalam hal ini pemindahan pemindahan energy dari partikel α tidak menghasilkan pasangan ion. Partikel α bergerak cukup pelan karena massanya yang cukup besar. Mengingat muatan listriknya yang cukup besar (+2e), maka ionisasi spesifik yaitu; banyaknya pasangan ion yang terbentuk persatuan panjang lintasan dari partikel α ini sangat tinggi, berorde puluhan ribu pasangan ion percentimeter lintasan dalam udara.

                        IS =  jumlah pasangan ion terbentuk/jangkauna partikel α dalam cm 

                                                                           = Ea/W. R   =  (p.i /cm) 
            Dengan,  Eα = energy partikel α dalam eV

               R   = Jangkauan partikel α dalam cm

               W = Energi yang diperlukan untuk menbentuk 1 pasang ion, untuk partikel α  di udara sebesar 35 eV/p.i

Dari penjelasan di atas dapat di simpulkan bahwa interaksi radiasi α meliputi:

•         Di udara energi partikel alfa yang terbesar hanya mampu menembus beberapa sentimeter saja

•         Karena massa dan muatan partikel alfa cukup besar, maka gerak partikel alfa cukup lambat sehingga pengionan spesifik partikel alfa sangat tinggi, yaitu mencapai orde puluhan ribu pasangan ion per cm

•         Ionisasi partikel alfa terdiri atas ionisasi primer dan sekunder.  Ionisasi primer 30%, dan sisanya merupakan ionisasi sekunder, yaitu ionisasi yang ditimbulkan oleh elektron-elektron yang ditumbuk oleh partikel datang.

2.      Beta

Terdapat  dua  jenis  radiasi  beta  yaitu  beta  positif  dan beta  negatif.  Beta negatif  identik  dengan  elektron,  baik  massa  maupun  muatan  listriknya sedangkan  beta  positif  identik  dengan  positron  (elektron  yang  bermuatan positif). Elektron mempunyai massa yang sangat ringan bila dibandingkan dengan  partikel  nukleonik  lainnya (≈ 0)sedangkan  muatannya  sebesar satu muatan elementer.

Gambar 2:  proses peluruhan beta

Radiasi  beta  dipancarkan  oleh  zat  radioaktif  atau  inti  atom  yang  tidak stabil.  Ketika  memancarkan  radiasi  beta  negatif,  di  dalam  inti  atomnya terjadi transformasi neutron menjadi proton, sebaliknya  pada saat memancarkan beta positif terjadi transformasi proton menjadi neutron.

            Sinar-β dibelokkan oleh medan magnet, dengan arah pembelokannya berlawanan dengan arah pembelokan sinar alfa, yaitu kea rah kutub positif. Sinar-β merupakan partikel dengan muatan listrik -1e dan tidak bermassa. Jika inti atom memancarkan radiasi β negative, maka dihasilkan inti baru dengan nomor atomnya bertambah satu sedangkan nomor massanya tetap. Persamaan peluruhan yang disertai ddengan pemancaran sinar-β negative adalah sebagai berikut;

                        _zX^A  → _z+1X^A + _-1β⁰

            Contoh dari inti radioatif pemancar sinar- β negative adalah:

                                                ₆C¹⁴   →    ₇N¹⁴ + _-1β⁰

            Dimana, ₆C¹⁴ menpunyai εn = 8 dan εp = 6

                            ₇N¹⁴ menpunyai εn = 7 dan εp = 7

            Dari penjelasan ditas, maka dapat disimpulkan sifat dari sinar beta:

Ø           Berupa partikel bermuatan negatip

Ø           Merupakan elektron-elektron yang dipancarkan dari inti atom

Ø           Daya ionisasi yang lebih kecil daripada partikel alfa

Ø           Kecepatan 0,99 kali kecepatan cahaya

Ø           Daya tembus lebih besar dari partikel alfa

Positron

Positron electron bermuatan listrik positif (+1eo) merupakan jenis sinar radioaktif yang dibelokkan oleh medan magnet namun arah pembelokannya menuju kutub negative, searah dengan pembelokan sinar alfa dan berlawanan arah dengan pembelokan sinar β negatif. Oleh sebab itu positron disebut juga sebagai sinar-β positif dan diberi notasi ₊₁β^o. Jika inti atom memancarkan positron, maka dihasilkan inti atom baru yang nomor atomnya berkurang 1 dan nomor massanya tetap. Persamaan peluruhan yang disertai dengan pemancaran positron adalah sebagai berikut;                   _zX^A     →    _Z-1Y^A + ₊₁β^o

Unsur-unsur radioaktif buatan umumnya sebagai pemancar positron. Contohnya adalah:

                                    ₇N¹³  →  ₆C¹³  + ₊₁β^o

Peluruhan sinar β dalam pembahasan ini di perluas sehingga mencakup peluruhan positron, sehingga pengertian dari partikel β terdiri dari electron dan positron. Keduanya termasuk dalam kelompok partikel ringan bermuatan. Massa diam dari kedua partikel tersebut sama, demikian juga muatan listriknya, hanya tandanya saja yang berlawanan. Kecepatan gerak partikel β di udara berkisar 0,32 c hingga 0,7 c. jejaak partikel β di dalam bahan berbelok-belok karena electron ini mengalami hamburan dalam atom bahan.

Mekanisme hilangnya energy dari partikel β yaitu interaksi medan listrik antara partikel β dengan orbital electron dalam atom bahan penyerap memungkinkan terjadinya eksitasi dan ionisasi. Namun, interaksi antara partikel β dengan inti juga dapat terjadi, dan hal ini menyebabkan terbentuknya sinar X bremssrahlung. Peristiwa terakhir inilebih sering terjadi pada β yang memiliki energy yang cukup tinggi.

Partikel β kehilangan energi sebesar 34 eV untuk setiap pembentukan satu pasang   ion di udara. Namun karena massa partikel β sangat kecil (kira-kira 1/7300 dari partikel massa alfa), maka sebagai konsekuensinya partikel β dalam sepanjang jejaknya tidak menproduksi pasangan ion per cm sebanyak yang terbentuk oleh partikel alfa. Jadi ionisasi yang spesifik untuk partikel β jauh lebih rendah dibandingkan pada partikel alfa.

Ionisasi spesifik bernilai besar untuk partikel β berenergi rendah, selanjutnya berkurang secara cepat untuk energy yang semakin besar.

Jika energy rata-rata yang diperlukan untuk menbuat pasangan ion, W diketahui maka ionisasi spesifik (IS) partikel β dapat dihitung dengan persamaan berikut:

                                    IS =   dE/dx X  1/W

Dengan dE/dx = laju kehilangan energikarena terjadinya proses ionisasi dan eksitasi oleh partikel β dalam MeV/cm

3.      Elektron

Radiasi  elektron  mempunyai  sifat yang sama dengan radiasi beta negatif, yang  membedakan  adalah  asalnya.  Partikel  beta  berasal  dari  inti  atom sedangkan elektron berasal dari atom. Radiasi elektron dapat berasal dari zat  radioaktif  yang  meluruh  dengan  cara  “internal  conversion”  atau  dari mesin berkas elektron (akselerator).

4.      Proton

Radiasi  proton  merupakan  pancaran  proton  yang  mempunyai  massa  1 sma  (satuan  massa  atom)  dan  mempunyai  muatan  positif  sebesar  satu muatan elementer. Radiasi proton dihasilkan dari akselerator proton..

"semoga bermanfaat"

Selengkapnya......

Radiasi

            Radiasi adalah pancaran energi yang berasal dari proses transformasi atom atau inti atom yang tidak stabil. Ketidak-stabilan atom dan inti atom mungkin memang sudah alamiah atau buatan manusia, oleh karena itu ada sumber radiasi alam dan sumber radiasi buatan. Sumber radiasi itu sendiri dapat dibedakan menjadi sumber yang berupa zat radioaktif dan sumber yang berupa mesin, seperti pesawat sinar-X, akselerator, maupun reaktor nuklir.

           Dalam terminologi fisika, radiasi secara umum diartikan sebagai pancaran. Dalam kehidupan sehari-hari sebetulnya kita selalu berhubungan dengan radiasi ini. Matahari dikatakan sebagai sumber radiasi karena dapat memancarkan radiasi dalam bentuk cahaya.

           Peristiwa radioaktivitas berkaitan erat dengan kestabilan inti suatu atom. Inti atom yang stabil tidak dapat menunjukkan gejala radioaktivitas, sebaliknya inti atom yang tidak stabil dapat menunjukkan gejala radioaktivitas. Kestabilan suatu inti atom ditandai dengan perbandingan jumlah proton (p) dan jumlah neutron (n) yang ada dalam inti atom tersebut.

           Untuk atom-atom ringan, jika nilai perbandingan antara jumlah proton dan jumlah neutron sama dengan 1 (n/p=1), maka inti atom tersebut bersifat stabil, tetapi jika (n/p < 1 atau n/p > 1), maka ada kemungkinan inti atom tersebut tidak stabil. Jenis radiasi yang dipancarkan oleh inti radioaktif juga dipengaruhi oleh nilai n/p dalam intinya. Jika nilai n/p > 1, berarti jumlah neutron lebih banyak dibandingkan jumlah proton. Untuk mencapai keadaan inti yang stabil, dalam inti atom akan terjadi perubahan n menjadi p disertai dengan pemancaran electron atau radiasi beta negatif.

           Jika nilai n/p < 1, berarti jumlah neutron lebih kecil dibandingkan dengan jumlah proton, untuk mencapai keadaan inti yang stabil, dalam inti atom akan terjadi perubahan p menjadi n disertai dengan pemancaran positron atau radiasi beta positif.

           Mekanisme interaksi radiasi merupakan proses yang sangat penting dan bergung bagi konsep pendeteksian radiasi karena detektor radiasi pada umumnya didasarkan pada interaksi radiasi ionisasi dan pelepasan energi yang dibawanya dalam material penyusun detektor. Interaksi radiasi ionisasi dengan materi secara umum dibedakan menjadi tiga bahasan, meliputi partikel bermuatan, foton dan netron.

Selengkapnya......