A. Unsur Radioaktif
Unsur radioaktif secara sepontan m emancarkan radiasi, yang berupa partikel atau
gelombang elek tromagnetik (no npartikel). Jenis-jenis radi asi yang dipancarkan unsur
radioaktif adalah:
1. Partikel α (Sinar α ), terdiri dari inti 2He4 yang bermuatan positip (2He4)2+.
2. Partikel β (Sinar β ) atau -1e0, sama dengan elektron (e), bermuatan negatip.
3. Sinar γ , menyerupai dengan sinar-x, berupa foton dengan panjang gelombang sangat pendek
(1 - 10-3 Å).
4. Partikel β + ( +1e0), merupakan e lektron ber muatan positip (pos itron). Um umnya
dipancarkan oleh inti zat radioaktif buatan.
5. Elektron capture, sering bersam aan denga n pem ancaran positron, sebuah elektron pada
kulit dalam diserap inti.
1p1 + -1e0 ⎯→ 0n1
Kekosongan elektron diisi elektron pada kulit luar dengan memancarkan sinar-x.
B. Peluruhan Inti
1. Penulisan Nuklida
Nuklida yaitu suatu inti atom yang ditandai dengan jumlah proton (p) dan neutron (n)
tertentu, dituliskan: zXA
X = lambang unsur
Z = nomor atom = jumlah proton (p)
A = bilangan massa = jumlah proton dan neutron (p + n)
2. Isotop Stabil dan Isotop Tidak Stabil
Nuklida-nuklida dari unsur yang sam a (de ngan jum lah proton sam a) tetapi jum lah
neutron berbeda disebut isotop. Contoh isotop oksigen adalah: 8O16, 8O17, 8O18
Isotop yang m empunyai inti stabil disebut isot op stabil. Isotop tidak stabil m empunyai inti
tidak stabil yang m erupakan nuklida radioak tif dan akan m eluruh. Nuklida yang dikenal
terdapat lebih dari 3 000 nuklida, sekitar 280 di antaranya yaitu nuklida stabil dan lainnya
yaitu nuklida radioaktif. Beberapa referensi isotop stabil dan isotop tidak stabil adalah:
Unsur Isotop stabil Isotop tidak stabil
H H1, H2 H 3
K K39, K41 K38, K40, K42, K44
Co Co59 C o57, Co58, Co60, Co61
Pb Pb206, Pb208 Pb205, Pb207, Pb209
3. Peluruhan Radioaktif Alam dan Radioaktif Buatan
a. Radioaktif Alam
Unsur/nuklida radioaktif alam yaitu unsur/nuk lida radioaktif yang sanggup ditem ukan di
alam, umumnya ditemukan dalam kerak bumi. Semua unsur/nuklida radioaktif alam yang
bernomor atom tinggi akan termasuk salah satu dari deret radioaktif berikut:
1) Deret uranium, dimulai dari 92U238 berakhir pada 82Pb206.
92U238 ⎯→ 82Pb206 + 8 2α 4 + 6 -1β 0
2) Deret thorium, dimulai dari 90Th232 berakhir pada 82Pb208.
90Th232 ⎯→ 82Pb208 + 6 2α 4 + 4 -1β 0
3) Deret aktinium, dimulai dari 92U235 berakhir pada 82Pb207.
92U235 ⎯→ 82Pb206 + 7 2α 4 + 4 -1β 0
Unsur radioaktif bernomor atom rendah jarang ditemui. Contohnya: 19K40
19K40 ⎯→ 20Ca40 + -1β 0
b. Radioaktif Buatan
Unsur/nuklida radioaktif buatan yaitu unsur/n uklida radioaktif yang tidak terdapat di
alam, tetapi sanggup dibentuk dari unsur/nuklid a alam . Isotop buatan pe rtama kali dibuat
Rutherford (1919), yaitu 8O17 yang tidak radioaktif.
7N14 + 2He4 ⎯→ 8O17 + 1H1
Isotop radioaktif buatan pertama yaitu 15P30 (1934)
13Al27 + 2He4 ⎯→ 15P30 + 0n1
15P30 ⎯→ 14Si30 + +1e0
Unsur buatan yang pertama yaitu neptunium (Np)
92U238 + 0n1 ⎯→ 92U239
92U239 ⎯→ 93Np239 + -1e0
Deret radioaktif buatan dimulai dari 93Np235 berakhir pada 83Bi209.
c. Laju Peluruhan Radioaktif
1. Persamaan Laju Peluruhan
Peluruhan radioaktif term asuk reaksi or do pertam a. Peluruhan unsur radioaktif
sebanding dengan jumlah atomnya (N).
dN
− ⎯ ∼ N
dt
dN
− ⎯ = k.N k = konstanta peluruhan ordo pertama (dt -1)
dt
Nt dN t
∫ ⎯ = − k ∫ d.t
N
0
N 0
Nt
ln ⎯ = − k.t
N0
Nt = N0.e- k.t
2. Waktu Paruh
Laju peluruhan m erupakan ukuran kesetabilan inti, biasan ya dinyatakan dalam waktu
paruh (t ½ ), yaitu waktu yang diharapkan untuk m eluruh semoga jum lah atom (N 0) m enjadi
tinggal separuhnya (½ N0).
½ N0
ln ⎯⎯ = − k.t ½
N0
ln 2 0,693
t ½ = ⎯⎯ = ⎯⎯
k k
Di laboratorium untuk m emudahkan pengukuran ju mlah atom (N) atau radioaktifitas (A)
dinyatakan dalam count (banyaknya peluruhan yang tercatat pada detektor) permenit.
dN
A = c.( − ⎯ )
dt
c = koefisien deteksi yang bergan tung jenis detektor, orientasi de tektor, jarak detektor dari
sampel, dan lain-lain.
Jika c dianggap tetap, maka:
A = A0.e- k.t
A0 = radioaktifitas pada ketika t = 0
3. Radioactive Dating
Istilah radioactive da ting dipakai pada penggunaan ra diasi dari unsur radioaktif
untuk m enentukan um ur atau usia (dating) suatu materi yang m engandung unsur radioaktif
tersebut. Misalnya batuan yang semula m engandung U 238 sanggup ditentukan um urnya dengan
menghitung kadar Pb206 pada batuan sekarang. U238 akan berhenti meluruh jikalau telah terbentuk
Pb206.
92U238 ⎯→ 82Pb206 + 8 2He4 + 6 -1e0
Makara setiap 238 gram U238 setelah berhenti meluruh akan menghasilkan 206 gram Pb206. Waktu
paruh U238 yaitu 4,5 x 10 9 tahun. Setelah 4,5 x 10 9 tahun, 1 gram U238 akan mengahsilkan (½
x 1 = 0,5) gram U238 dan ( ½ x 206⁄ 238 = 0,43) gram Pb206.
Jika dimisalkan sedikit sampel batuan tersebut mengandung 1 gram U238 dan 0,76 gram Pb206,
maka:
238
Massa U238 semula (N0) = 1 + ( ⎯⎯ x 0,76) gram = 1,88 gram
206
Umur batuan (t) sanggup dicari dengan persamaan:
1 0,693
ln ⎯⎯ = − ⎯⎯⎯⎯ x t
1,88 4,5 x 109
4,5 x 109 1,88
Makara umur batuan tersebut (t) = ( ⎯⎯⎯⎯ ) x ln ⎯⎯ tahun = 4,099 x 109 tahun
0,693 1
Umur sisa m ahluk hidup (fosil) sanggup dite ntukan dengan m engukur radioaktifitas atau
laju peluruhan C14 pada sisa m ahluk hidup dan diba ndingkan dengan laju peluruhan C 14 pada
mahluk hidup kini ( ≈ laju peluruhan C 14 sem ula). Penggunaan radiasi C 14 untuk
memilih umur sisa mahluk hidup ini disebut Radiokarbon Dating.
Misal radioaktifitas C14 pada fosil sisa tumbuhan = 10 peluruhan permenit pergram C14
(= A), Radioaktifitas C 14 pada tum buhan kini = 50 peluruhan perm enit pergram C 14 (=
Ao). Waktu paruh C14 = 5 730 tahun. Maka umur fosil (t) dicari dengan persamaan:
10 0,693
ln ⎯ = − ⎯⎯ . t
50 5 730
50 0,693
ln ⎯ = ⎯⎯ . t
10 5 730
5 730 50
t = ⎯⎯⎯ x ln ⎯ tahun = 13 307,47 tahun
0,693 10
Contoh soal:
1. Waktu paruh U238 yaitu 4,5 x 10 9 tahun. Setelah berapa usang U238 akan tersisa tinggal 30
% dari semula ?
2. Waktu paruh Ra 226 yaitu 1 600 tahun. Setelah berapa lam a 2 gram Ra226 menjadi tinggal
0,125 gram ?
3. Aktivitas C14 dari referensi fosil tulang yaitu 1/10 acara C14 pada mahluk hidup sekarang.
Berapa umur fosil tersebut jikalau waktu paruh C14 yaitu 5 730 tahun ?
D. Reaksi Inti.
Pada reaksi inti biasanya m assa s ebelum reaksi tid ak sam a dengan m assa sesudah
reaksi. Hal ini lantaran terjadi perubahan m assa m enjadi energi atau sebaliknya. Menurut
Einstein:
E = m.c2
c = 2,998 x 10-10 cm/dt
1 sma ≈ 931,4 MeV
1 eV = 1,6021 x 10-12 erg
1 erg = 10-7 joule
1 MeV = 1,6021 x 10-13 J
Misal selisih massa 0,1587 gram setara dengan pelepasan energi sebesar ± 14 300 juta Joule.
Dikenal ada tiga m acam reaksi in ti, yaitu reaksi penem bakan dengan partikel, reaksi f isi, dan
reaksi fusi.
1. Reaksi penembakan dengan partikel.
Sebagai partikel penem kolam (peluru) da pat berupa partikel ringan, m isalnya: 2α 4 , 1p1 ,
0n1 , 1D2 atau partikel berat, misalnya: 6C12 , 7N14 , 8O16. Rutherford (1919) dengan penem bak
partikel α berhasil mengubah 7N14 menjadi 8O17
7N14 + 2He4 ⎯→ 8O17 + 1H1
atau sanggup dituliskan:
7N14 (α ,p) 8O17
Irene Curie (1933) dengan penembak partikel α berhasil mengubah 13Al27 menjadi 15P30
13Al27 + 2He4 ⎯→ 15P30 + 0n1
Partikel kecil untuk penembak diperoleh dari proses peluruhan isotop atau dari reaktor
nuklir. Penem bakan sanggup dengan pem ercepat partikel (particle accelerator) m isalnya
siklotron. Dengan siklotron penem kolam dapat juga partikel besar. Dengan siklotron Glenn
Seaborg sanggup menciptakan unsur-unsur transuranium nomor atom 93 hingga dengan 105.
Contoh:
92U238 + 6C12 ⎯→ 98Cf 246 + 4 0n1
92U238 + 7N14 ⎯→ 99Es247 + 5 0n1
92U238 + 8O16 ⎯→ 100Fm249 + 5 0n1
96Cm246 + 6C13 ⎯→ 102No254 + 5 0n1
98Cf 249 + 6C12 ⎯→ 104Ku257 + 4 0n1
2. Reaksi fisi/pembelahan.
Reaksi fisi m erupakan reaksi antara neut ron dengan suatu nuklida dari atom berat,
menghasilkan 2 m acam nuklida lain yang lebi h ringan. P ertama kali ditem ukan oleh Otto
Hahn (1939). Fermi (1914) m enemukan transuranium dengan cara m enembak Uranium
memakai neutron. Neutron cepat yaitu neut ron yan g m emiliki energi tingg i (energ i
kinetik) ± 14 MeV, dihasilkan dari generator neutron, kemudian dilewatkan pada akselerator.
Reaksi yan g terjadi dalam reaktor : (n *,2n). Nuklida yang bereaksi dengan neutron cepat
umumnya 92U238 .
92U238 + n* ⎯→ 56Ba138 + 37Rb99 + 2n
Reaksi fisi dengan neutron termal banyak dijumpai pa da r eaktor in ti. Nuklida 92U235 paling
sering bereaksi fisi dengan neutron term al. Bila 92U235 ditembak dengan neutron term al akan
menghasilkan nuklida gres dengan 2 atau 3 neutron dengan energi sebesar ± 200 MeV.
92U235 + n ⎯→ 56Ba138 + 36Kr 96 + 3n + 200 MeV
Neutron gres yang dihasilkan m empunyai energi ± 2 MeV. Jika dipakai untuk reaksi fisi
selanjutnya neutron ini m asih m empunyai energi yang cukup tinggi, sehingga perlu
diperlambat dengan m oderator (misalnya: air, air berat, grafit, berilium ) hingga ± 0,025 eV.
Bila reak tor inti dileng kapi m oderator, m aka reaksinya sanggup dikendalikan dengan batang
kendali untuk menyerap neutron, dan reaksi berlangsung secara berantai.
3. Reaksi fusi/penggabungan.
Reaksi fusi m erupakan reaksi penggabungan inti-inti ringan m enjadi inti gres yang
lebih berat. Reaksi ini hanya berlangsung pada suhu tinggi (juta ° C), untuk memperoleh energi
aktivasi semoga inti-inti ringan sanggup berga bung. Dalam pros es penggabungan ini dihasilkan
energi yang besar. Diperkirakan energi yang dipancarkan matahari yaitu hasil fusi nuklir inti-
inti hidrogen menjadi inti helium:
4 1H1 ⎯→ 2He4 + 2 1e0
Reaksi fusi terjadi pada bom hidrogen, yang energi aktivasinya di peroleh dari reaksi fisi yang
terjadi dalam bom:
1H2 + 1H3 ⎯→ 2He4 + 0n1 + energi
Sebagai sumber energi, penggunaan reaksi fusi lebih m enguntungkan lantaran energi
yang dihasilkan lebih besar dan tidak m enghasilkan isotop radioaktif. Isotop yang dihasilkan
bersifat setabil, contohnya helium. Kesulitannya, reaksi fusi terkontrol perlu tem pat yang dapat
menahan suhu tinggi (± 50 juta° C hingga dengan 200 juta° C).
E. Reaktor Inti.
Reaktor inti m erupakan tem pat berlangsungnya reaksi pem belahan inti (reaksi fisi)
secara terk endali. Reaktor inti yang pertam a dibentuk oleh Fermi (1942). Berdasarkan tujuan
penggunaannya, reaktor inti dibedakan menjadi reaktor penelitian dan reaktor daya.
1. Reaktor Penelitian.
Reaktor Penelitian dipakai untuk tujuan penelitian. R eaktor in i d idesain seba gai
sumber neutron yang sanggup dipakai untuk menghasilkan radioisotop, mengukur fluks, untuk
analisa, dan sebagainya. Jenis reaktor penelitian misalnya:
a. Reaktor jen is TRIGA (Training Research and Isotop e Production General Atomic) ,
menghasilkan fluks ne utron sekitar 10 11 - 10 12 nV. Digunakan untuk m enghasilkan
radioisotop untuk keperluan penelitian fisika dan analisis banyak sekali bidang.
b. Reaktor uji m aterial m enghasilkan fluks neutron dalam orde 10 14 - 10 16 nV. Digunakan
untuk tujuan reaksi, untuk m enguji m aterial, materi bakar, kom ponen reaktor yang
nantinya akan dipakai untuk komponen reaktor daya.
2. Reaktor Daya/Reaktor Nuklir.
Reaktor daya ditujukan untuk m emulai reaksi pembelahan (fisi) untuk m enghasilkan
reaksi berantai, sanggup m engendalikan reaksi dan m emanfaatkan energi yang dihasilkan.
Neutron yang dihasilkan yaitu neutron cepat dengan energi 2 MeV. Neutron yang
menghasilkan reaksi fisi selanjutnya adalah neutron termal dengan energi 0,025 eV. Nuklida
yang dipakai dalam reaktor inti umumnya 92U235.
92U235 + 0n1 ⎯→ 56Ba138 + 36Kr96 + 3n + 200 MeV
Setiap 1 m ol 92U235 menghasilkan energi ± 200 MeV, setara dengan energi yang dihasilkan
pada pembakaran 500 ton batubara.
Komponen utama reaktor nuklir terdiri dari:
a. Bahan bakar. Bahan bakar ditem patkan dalam teras reaktor. Umumnya berupa pelet UO 2
dibungkus dalam kelongsong semoga produkny a tetap terkungkung dalam kelongsong
tersebut. Uranium yang dipakai yaitu uranium alam yang diperkaya dengan 92U235.
b. Moderator. Moderator umum nya berupa grafit, air berat, at au air biasa. Berfungsi untuk
menurunkan energi neutron m elalui tumbukan. Diharapkan pada setiap tum bukan a ntara
neutron dengan moderator, neutron akan kehilangan energi.
c. Batang kendali. Batang kendali berfungsi untuk mengendalikan jumlah reaksi yang terjadi
dalam reaktor, dengan cara m enyerap neut ron. Bahan batang kendali harus m empunyai
kemampuan menyerap neutron yang tinggi, menyerupai kadmium, boron, dan hafnium.
d. Pendingin. Umumnya reaktor m enggunakan moderator juga sebagai pendingin, m isalnya
air yang disirkulasikan m enggunakan pompa. Pendingin lain yang bias a dipakai adalah
helium, CO2, dan logam cair.
e. Penukar panas (heat exchanger). Pendingin primer merupakan rangkaian tertutup. Bahan
pendingin itu dikem balikan ke dalam reaktor memakai pom pa, sedangkan panasnya
dipindah pada sistem penukar panas.
f. Perisai radiasi. Perisai radiasi berfungsi menahan radiasi semoga tidak keluar dari reaktor.
F. Dampak Radiasi.
1. Penggunaan Zat Radioaktif.
Zat radioaktif banyak dipakai dalam bida ng pertanian, kedokteran, industri, dan
analisis, contohnya :
a. P32 dipakai untuk m empelajari penyerapa n pospor dalam pupuk oleh tanam an,
mempelajari fotosintesis pada tanaman.
b. Na24 dalam NaCl dipakai untuk diagnosa sirkulasi darah.
c. I131 untuk diagnosa fungsi kelenjar th iroid atau untuk terapi. Radiasi γ sanggup merusak
sebagian dari kegiatan thiroid dalam hiperthiroidism.
d. Radiasi γ dari Co60 untuk penyembuhan tumor dan kangker.
e. Radiasi γ dari Ra untuk pemandulan hama jantan.
f. O18 untuk mempelajari prosedur reaksi esterifikasi.
g. U235 dipakai dalam reaktor nuklir (PLTN).
2. Bahaya/Efek Radiasi Bagi Tubuh Manusia
Radiasi dari zat radioaktif sanggup mengionkan partikel atau molekul zat yang dilaluinya,
termasuk sel-sel tum buhan, hewan, dan m anusia. Daya mengionkan ini sebanding dengan
energi radiasinya. Daya tem bus partikel/sinar radioaktif berbeda-beda, dan bergantung pada
energinya. Dalam aluminium perbandingan daya tem bus partikel α : β : γ = 1 : 100 : 10 000.
Di udara partikel α sanggup m enembus sekitar 2,8 c m sa mpai 8,5 c m. Se tiap cm uda ra yang
dilintasinya, partikel α sanggup menghasilkan 50 000 sam pai 100 000 pasang ion (pasangan ion
positif dan elektron), partikel β m enghasilkan beberapa ratus pasang ion, dan sinar γ
menghasilkan beberapa pasang ion. Dengan energi yang sama, jumlah pasangan elektron yang
dihasilkan partikel α , β , dan γ juga ham pir sa ma karena β melintas lebih jauh dari α dan γ
lebih jauh lagi.
Penggunaan radiasi sanggup secara eksternal, yaitu dengan memancarkan radiasi dari luar
tubuh, maupun secara internal, yaitu dengan memasukkan radioaktif ke tubuh, sehingga tubuh
menjadi radioaktif. Akibat radiasi dapat mengakibatkan gangguan pada sel-sel tubuh, yang
sanggup terjadi dengan segera (d alam waktu pendek setelah ra diasi), maupun setelah beberapa
usang radiasi. Efek radiasi bagi badan sanggup berupa imbas somatik maupun genetik.
a. Efek somatik (somatic effects).
Efek somatik radiasi m empengaruhi sel som atik, sehingga pengaruhnya muncul pada diri
yang bersangkutan dan tidak menurun ke generasi berikutnya.
1). Efek som atik nonstokostik. Efek som atik radiasi bersifat nonstokostik jikalau ada
hubungan lantaran jawaban yang niscaya antara dosi s radiasi yang diterim a dengan pengaruh
yang ditimbulkan. Umumnya terjadi pada ja ringan yang mempunyai laju penggantian sel
yang tinggi. Akibatnya fungsi jaringan akan hilang.
2). Efek som atik stokostik. Efek somatik radiasi bersifat stokostik jikalau tidak dapat
dipastikan adanya hubungan antara takaran ra diasi yang diterim a badan dengan akibat
yang ditim bulkan. Um umnya tidak segera m uncul se telah radiasi. Bisa te rjadi jika
terkena radiasi takaran tinggi (dosis akut) atau takaran rendah waktu usang (dosis kronis).
b. Efek Genetik (genetic effects).
Efek genetik radiasi mem pengaruhi sel-sel ge rminal dan muncul pada keturunan. Efek
genetik bersifat stokostik dan m uncul pada korban radiasi. Radi asi takaran rendah dapat
mengakibatkan perubahan pada DNA sehingga terjadi m utasi gen yang sanggup m uncul pada
beberapa keturunan.
3. Penaggulangan Bahaya Radiasi.
Secara tekn is, untuk m engurangi tingkat ba haya radiasi terhadap tub uh pengguna
radiadi sanggup dengan cara m engatur waktu radi asi, m engatur jarak radiasi, dan mem asang
perisai antara sum ber radiasi dengan tubuh. Secara nonteknis, untuk m enanggulangi bahaya
radiasi sanggup dengan mengontrol atau mengawasi pemaparan yang sanggup mengakibatkan bahaya
radiasi, diantaranya denga n cara m enghilangkan bahaya, m engawasi bahaya, m engawasi
pekerja radiasi, dan dibentuk peraturan. U ndang Undang Republik Indonesia nom or 10 tahun
1997 wacana Ketenaganukliran mengatur wacana pembangunan, pengangkutan, penyimpanan,
penyediaan, penggunaan tenaga nuklir dan keselamatan kerja terhadap radiasi.
EmoticonEmoticon