RADIOAKTIVITASRADIOAKTIVITAS TH. 1896 BECQUERELL TH. 1896 BECQUERELL

URANIUM MENUNJUKKAN GEJALA RADIASIURANIUM MENUNJUKKAN GEJALA RADIASI film film berubah jadi gelapberubah jadi gelap

PIERE & MARIE CURIE PIERE & MARIE CURIE POLONIUM & RADIUM POLONIUM & RADIUM memancarkan radiasi alpha memancarkan radiasi alpha

RADIOAKTIVITAS :RADIOAKTIVITAS : KEMAMPUAN DISINTEGRASI KEMAMPUAN DISINTEGRASI SPONTAN YG DIMILIKI OLEH INTI ATOM TAK SPONTAN YG DIMILIKI OLEH INTI ATOM TAK STABILSTABIL

Mengapa unsur atau bahan tersebut Mengapa unsur atau bahan tersebut memancarkan radiasi?memancarkan radiasi?

N & Z ganjilN & Z ganjiltak stabil(kecuali tak stabil(kecuali 11HH22,,33LiLi66,,55BB1010,,77NN1414))

N/Z=1 s/d N/Z=1,5 stabilN/Z=1 s/d N/Z=1,5 stabil

Inti tak stabil menuju Inti tak stabil menuju Inti stabilInti stabil

α,γ, e,n,p,X,

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Jumlah proton

Jumlah ne

utro

n

Radio isotop:

C14,C13, C11

GrasiIInti Stabil

Grafik N versus Z Grafik N versus Z •Isotop pada Isotop pada daerah ini daerah ini memancarkan memancarkan partikel partikel ββ-1-1 untuk untuk menjadai stabilmenjadai stabil•N berkurang 1N berkurang 1•Z naik 1Z naik 1

Grafik N versus Z Grafik N versus Z •Isotop pada Isotop pada daerah ini daerah ini memancarkan memancarkan partikel partikel αα untuk untuk menjadai stabilmenjadai stabil•N berkurang 2N berkurang 2•Z berkurang 2Z berkurang 2

Dengan menggunakan diagram N-Z dapat Dengan menggunakan diagram N-Z dapat diterangkan tiga jenis peluruhan yg menghasilkan diterangkan tiga jenis peluruhan yg menghasilkan radiasi nuklir berikut :radiasi nuklir berikut :Peluruhan Alfa ( Peluruhan Alfa ( 2HeHe4 ) ) Z XA Z-2 YA-4 + 2He4

Dari diagram N-Z, lokasi nuklida baru ini akan Dari diagram N-Z, lokasi nuklida baru ini akan bergeser 2 satuan ke kiri dan 2 satuan kebawah bergeser 2 satuan ke kiri dan 2 satuan kebawah menuju nuklida stabil.menuju nuklida stabil.

Peluruhan Peluruhan αα dapat dituliskan sebagai dapat dituliskan sebagai AA

ZZXXNN → → A-4A-4Z-2Z-2YYN-2N-2 + + αα ( (44

22HeHe22))Kelestarian tenagaKelestarian tenagammxxcc22 = = mmyycc2 2 + + mmααcc2 2 + + EEαα + + EErr

dengan dengan EEαα tenaga kinetik tenaga kinetik αα, , EErr tenaga rekoil inti-atom tenaga rekoil inti-atom anak (Y)anak (Y)

Dengan Dengan mm = massa inti, = massa inti, MM = massa atom → = massa atom → mmxx = = MMxx – – ZmZmee , m, myy = = MMyy – ( – (ZZ-2)-2)mmee, m, mαα = = MMHe-4He-4 – 2 – 2mmee

Tenaga peluruhan Tenaga peluruhan αα: : QQαα = = EEαα + + EErr = { = {MMxx – ( – (MMyy + + MMHeHe)})}cc22

(tenaga ikat elektron diabaikan)(tenaga ikat elektron diabaikan)Peluruhan Peluruhan αα terjadi jika terjadi jika QQαα>0 → >0 → MMXX((Z,AZ,A) > ) > MMYY((ZZ−2,−2,AA−4) −4)

+ + MMHeHe

Contoh:Contoh:

2102108484Po → Po → 206206

8282Pb + Pb + αα + Q, + Q, MM((210210Po) = 209,9829 uPo) = 209,9829 uMM((206206Pb) + Pb) + MM((44He) = 205,9745 u + 4,0026 uHe) = 205,9745 u + 4,0026 u = 209,9771 u < M(= 209,9771 u < M(210210Po) Po) QQαα = (209,9829 – 205,9745 – 4,0026) u = (209,9829 – 205,9745 – 4,0026) u = 0,0058 u = 0,0058 u ×× 931,5 MeV/u = 5,4 MeV 931,5 MeV/u = 5,4 MeV

Pada Pada 64642929Cu → Cu → 6060

2727Co + Co + ααMM((6464Cu) = 64 u – 65,423 MeVCu) = 64 u – 65,423 MeVMM((6060Co) + Co) + MM((44He) = (60 u – 61,646 MeV)+ (4u + 2,424 He) = (60 u – 61,646 MeV)+ (4u + 2,424

MeV)MeV) = 64 u – 59,222 MeV > M(= 64 u – 59,222 MeV > M(6464Cu)Cu) → → tidak terjadi peluruhan tidak terjadi peluruhan αα

Peluruhan Beta ( Peluruhan Beta ( ) ) Peluruhan beta negatif (elektron)Peluruhan beta negatif (elektron)

Z X X A Z+1 Y YA + + -1ee0 ATAU (n p) ATAU (n p)

Peluruhan beta positip (positron)Peluruhan beta positip (positron) Z X X A Z-1 Y YA + + +1ee0 ATAU (p n) ATAU (p n)

Peluruhan beta negatif, maka lokasi nuklida baru Peluruhan beta negatif, maka lokasi nuklida baru bergeser 1 satuan ke bawah dan satuan kekanan. bergeser 1 satuan ke bawah dan satuan kekanan. Sebaliknya pada peluruhan beta positip. Jumlah Sebaliknya pada peluruhan beta positip. Jumlah massa tidak berubahmassa tidak berubah

Contoh : peluran beta negatip

Contoh : peluran beta positip

Peluruhan Gamma ( )X* X +

• Tidak terjadi perubahan lokasi karenan tidak ada perubahan jumlah proton dan jumlah neutron.

• Radiasi gamma berasal dari inti yang tereksitasi karena memancarkan partikel alpha,beta, atau tereksitasi karena mengalami reaksi nuklir

Syarat peluruhan elektronSyarat peluruhan elektronQ=TQ=Tββ

- - + T + Tυυ- - = =M(A,Z) - M(A,Z+1)>0M(A,Z) - M(A,Z+1)>0Syarat peluruhan positronSyarat peluruhan positronQ=TQ=Tββ

+ T + Tυυ = = M(A,Z) - M(A,Z-1)-2mM(A,Z) - M(A,Z-1)-2mee >0 >0Syarat peluruhan gammaSyarat peluruhan gammaMM** (A,Z)>M(A,Z) (A,Z)>M(A,Z)

Energi dan kecepatan emisi partikel alphaEnergi dan kecepatan emisi partikel alpha

- Energi yang diemisikan oleh bahan unsur radioaktip merupakan Energi yang diemisikan oleh bahan unsur radioaktip merupakan monoenergetikmonoenergetik

- Energi yang diemisikan antara 4 s/d 10 MeV, bersesuaian dengan Energi yang diemisikan antara 4 s/d 10 MeV, bersesuaian dengan kecepatan emeisi 5 s/d 7% kali kecepatan cahayakecepatan emeisi 5 s/d 7% kali kecepatan cahaya

23P2

Jumlah partikel Jumlah partikel per energiper energi

EnergiEnergi

Energi dan kecepatan emisi sinar betaEnergi dan kecepatan emisi sinar beta- Energi sinar beta yang diemisikan oleh unsur radioaktip mempunyai Energi sinar beta yang diemisikan oleh unsur radioaktip mempunyai

distribusi kontinyu dari energi rendah sampai dengan nilai energi distribusi kontinyu dari energi rendah sampai dengan nilai energi maksimum .maksimum .

- Energi maksimum merupakan karakteristik suatu unsur radioaktip Energi maksimum merupakan karakteristik suatu unsur radioaktip alam dengan energi 0.025 s/d 3.2 MeV.alam dengan energi 0.025 s/d 3.2 MeV.

- Energi ini bersesuai dengan kecepatan emisi 99% kali kecepatan Energi ini bersesuai dengan kecepatan emisi 99% kali kecepatan cahaya.cahaya.

23P3

Jumlah sinar beta per energi

EEmaxmax

Energi

Eenergi dan kecepatan emisi sinar gammaEenergi dan kecepatan emisi sinar gamma

-- Sinar gamma terdiri kelompok monoenergetik Sinar gamma terdiri kelompok monoenergetik membentuk spektum garis. (1 - 3 MeV).membentuk spektum garis. (1 - 3 MeV).

-- Contoh : Co-60 mempunyai 1.2 and 1.3 MeV , Eu-151Contoh : Co-60 mempunyai 1.2 and 1.3 MeV , Eu-151

Intensitas

Energy

Radiasi sinar X

•Sinar X karakteristik yang mempunyai energi diskrit berasal dari atom yang tereksitasi oleh sumber luar maupun pada saat terjadi peluruhan beta.

•Sinar X bremstrahlung mempunyai energi kontinyu berasal dari pengereman partikel bermuatan yang bergerak mendekati inti.

Sinar X

AKTIVITASAKTIVITAS Hukum Peluruhan

dN/dt = -N Nt = Noe-t

dengan N0 = jumlah radionuklida mula-mula (pada saat t= 0) Nt = jumlah radionuklida pada waktu t e = bilangan natural (2,71828) = konstanta peluruhan

Aktivitas radiasiA = N = A0 e -t

Satuan aktivitas radiasi : Curie (Ci ), Bacquerel (Bq) Aktivitas spesifik Asp=A/M, (M=berat sampel) Umur paro:

A= A0 e -t A0/2= A0 e -T

1/2 T1/2 = ln2/=0,693/

PENGGUNAAN UMUR PAROPENGGUNAAN UMUR PAROSelang Selang

waktu (t)waktu (t)AktivitasAktivitas

00 AAo

1xT1xT1/2 0,5A0,5Ao

2xT2xT1/2 0,25A0,25Ao

3xT3xT1/2 0,125A0,125Ao

4xT4xT1/2 0,0625A0,0625Ao

A=(1/2)A=(1/2)nAo

2/1Ttn

Pengukuran umur-paro panjangPengukuran umur-paro panjangTT½ ½ , , λλ → ciri/karakteristik radioaktif tertentu → ciri/karakteristik radioaktif tertentuPengukuran Pengukuran TT½ ½ : : Jika Jika TT½ ½ tidak terlalu besar → tidak terlalu besar → NN (dicacah sebagai fungsi (dicacah sebagai fungsi tt) ) ~ aktivitas.~ aktivitas.Jika Jika TT½ ½ besar → diukur aktivitasnya dan besar → diukur aktivitasnya dan NN dihitung dihitung → → AA = = λλNN → → λλ = = AA//N N → → TT½ ½ = (ln 2)/= (ln 2)/λλ Contoh:Contoh:1 mg U-238, meluruh dengan aktivitas 1 mg U-238, meluruh dengan aktivitas AA = 740 = 740 αα /menit /menit = 12,3 = 12,3 αα/detik → /detik → λλ = = AA//NN = (12,3/detik)/(6,02 × 10 = (12,3/detik)/(6,02 × 102323 × × 1010-3-3/ 238) = 4,88 × 10/ 238) = 4,88 × 10-18-18 / detik / detikTT½ ½ = (ln 2)/= (ln 2)/λλ = 0,693/(4,88 = 0,693/(4,88 ×× 10 10-18-18 /detik) /detik) = 1,42 = 1,42 ×× 10 101717 detik/(3,154 detik/(3,154 ×× 10 1077 detik/tahun) detik/tahun) = = 4,5 4,5 ×× 10 1099 tahun tahun

ContohContohJika waktu bumi terbentuk jumlah U-235 dan U-238 sama, Jika waktu bumi terbentuk jumlah U-235 dan U-238 sama, dan sekarang keberadaan U-235 tinggal 0,72%, → umur dan sekarang keberadaan U-235 tinggal 0,72%, → umur bumi dapat diperkirakan dari perbandinganbumi dapat diperkirakan dari perbandinganNN(U-235)/(U-235)/NN(U-238) (U-238) = = NNooexp(-exp(-λλU-235 U-235 tt)/)/NNoo exp(- exp(- λλU-238U-238tt )) = exp{(= exp{(λλU-238 U-238 - - λλU-235 U-235 )})}tt = exp {0,693(10= exp {0,693(10--99/4,5 – 10/4,5 – 10--99/0,7)/0,7)tt}} = exp (−0,836= exp (−0,836tt)) = = 0,0072 → 0,0072 → tt = 5,9 = 5,9 ××101099 tahun tahunU-236 (U-236 (TT½ ½ = 2 = 2 ×× 10 1077 tahun) tahun) juga terbentuk → sudah habis, juga terbentuk → sudah habis, umumnya radionuklida terdeteksi hingga sekitar umumnya radionuklida terdeteksi hingga sekitar tt = = 1010TT½.½...1414C (C (TT½ ½ = 5600 tahun) = 5600 tahun) dapat ada karena terbentuk di dapat ada karena terbentuk di atmosfir dari reaksi atmosfir dari reaksi 1414N + n → N + n → 1515N* → N* → 1414C + p → C + p → digunakan digunakan untuk pertanggalan (untuk pertanggalan (carbon datingcarbon dating) obyek yang hidup ) obyek yang hidup hingga (30 – 40) hingga (30 – 40) ×× 10 1033 tahun yang lalu. tahun yang lalu.

Contoh soalContoh soal..Ketika masih hidup, benda organik secara kontinyu mengambil Ketika masih hidup, benda organik secara kontinyu mengambil 1414C dan C dan 1212C, C,

sehingga nisbah sehingga nisbah 1414C terhadap C terhadap 1212C dapat dikatakan tetap 1,3C dapat dikatakan tetap 1,3××1010-12-12. Setelah mati, . Setelah mati, tidak ada lagi tidak ada lagi 1414C yang diambil, dan C yang diambil, dan 1414C yang ada pada saat mati secara C yang ada pada saat mati secara kontinyu menurun akibat peluruhan radio-aktif. Dengan mengukur laju kontinyu menurun akibat peluruhan radio-aktif. Dengan mengukur laju peluruhan per gram bahan, dapat dihi-tung kapan saat matinya. Jika laju peluruhan per gram bahan, dapat dihi-tung kapan saat matinya. Jika laju peluruhan peluruhan ββ untuk 100 g karbon dari suatu kerangka terukur 300 untuk 100 g karbon dari suatu kerangka terukur 300 peluruhan/menit, berapa lama ke-peluruhan/menit, berapa lama ke-

rangka tersebut mati?rangka tersebut mati?

Jawab:Jawab:

Waktu masih hidup Waktu masih hidup 1414C/C/1212C = 1,3C = 1,3××1010-12 -12 →→ dalam 100 g C terdapat dalam 100 g C terdapat mm((1414C) = 1,3C) = 1,3××1010--

1212××100 gr/(1+1,3100 gr/(1+1,3××1010-12-12) ) ≈≈ 1,3 1,3××1010-10 -10 g g ≡≡ NNoo((1414C) C) ≈≈

(1,3(1,3××1010-10-10))××6,026,02××10102323/14 = 5,59/14 = 5,59××10101212 radionuklida. radionuklida.TT1/21/2((1414C) = 5600 tahun (umur paroh C) = 5600 tahun (umur paroh 1414C), aktivitas awal per 100 g C C), aktivitas awal per 100 g C →→ AAoo = = λλNNo o = =

(0,693/(0,693/TT1/21/2))××5,595,59××101012 12 = {0,693/(5600= {0,693/(5600×× 365 365××2424××60 60 menit)}menit)}××5,595,59××101012 12 = 1316 peluruhan/menit. = 1316 peluruhan/menit. Setelah mati per 100 g C: Setelah mati per 100 g C: AA = 300 peluruhan/menit = = 300 peluruhan/menit = AAooee

--λλtt →→ ln( ln(AA//AAoo) = – ) = – λλtt →→ tt = (1/= (1/λλ) ln () ln (AAoo//AA) = () = (TT1/21/2/0,693) /0,693) × × ln(ln(AAoo//AA))

= (5600 tahun/0,693) = (5600 tahun/0,693) × × ln(1316/300) = 11.948 tahun.ln(1316/300) = 11.948 tahun.