Pengertian, Sifat dan Jenis Sinar Radiasi Zat Radioaktif

Pengertian, Sifat dan Jenis Sinar Radiasi Zat Radioaktif -Pada topik ini kalian akan belajar tentang sinar-sinar radioaktif. Sebelum belajar lebih lanjut tentang sinar-sinar radioaktif, kalian harus memahami terlebih dahulu radioaktivitas karena sinar radiokatif dihasilkan oleh proses radioaktivitas.

Pengertian, Sifat dan Jenis Sinar Radiasi Zat Radioaktif

Radioaktivitas adalah peristiwa terurainya beberapa inti atom tertentu secara spontan yang diikuti dengan pancaran partikel alfa, partikel beta, dan partikel gamma. Sinar-sinar yang dipancarkan disebut sinar radioaktif. Zat yang memancarkan sinar radioaktif ini disebut zat radioaktif. Mari kita masuk ke pembahasan masing-masing sinar radioaktif ini.

⚛ Sinar Alfa (α)

Sinar alfa adalah inti atom helium 2H4, yang bermuatan 2 e dan bermassa 4 sma. Berikut ini beberapa sifat-sifat sinar alfa.

1. Sinar alfa dapat menghitamkam film. 
2. Jejak partikel dalam bahan radioaktif berupa sinar lurus.
3. Radiasi sinar alfa mempunyai daya tembus terlemah dibandingkan sinar radioaktif lainnya.
4. Radiasi sinar ini mempunyai jangkauan beberapa cm di udara dan di sekitar 10-12 mm pada logam tipis.
5. Sinar alfa ini mempunyai daya ionisasi paling kuat.
6. Sinar alfa dapat dibelokkan oleh medan magnetik
7. Berdasarkan percobaan dalam medan magnet dan medan listrik, kecepatan sinar alfa adalah 0,054c sampai 0,07c.

Massa partikel alfa cukup besar, yaitu 4u, sehingga jangkauan partikelnya menjadi sangat pendek. Partikel alfa dengan energi paling tinggi, hanya memiliki jangkauan udara beberapa cm, sedangkan dalam bahan hanya beberapa mikron. Partikel alfa yang dipancarkan oleh sumber radioaktif memiliki energi tunggal (mono-energetic). Jika bahan yang ditembus semakin tebal, maka energi partikel alfa yang dibutuhkan juga semakin besar, tetapi tidak megurangi jumlah partikel alfa itu sendiri.Pengujian jejak partikel alfa dilakukan dengan kamar kabut Wilson. Pengujian tersebut menunjukkan bahwa sebagian besar partikel alfa memiliki jangkauan yang sama di dalam gas dan bergerak dengan jejak lurus.

Mekanisme utama hilangnya energi partikel alfa terjadi melalui ionisasi dan eksitasi. Partikel alfa akan kehilangan energi sebesar 3,5 eV di udara untuk menghasilkan pasangan ion (p, e). Eksitasi terjadi ketika energi yang ditransfer ke elektron atom, tidak cukup untuk melepaskan elektron dari pengaruh ikatan inti. Partikel alfa bergerak cukup pelan karena massanya relatif besar. Muatannya juga besar (2e), sehingga ionisasi spesifiknya sangat tinggi. Ionisasi sepisifik adalah banyaknya pasangan ion yang terbentuk per satuan panjang lintasan.

⚛ Sinar Beta (β)

Sinar beta, merupakan sinar yang terbentuk oleh elektron -1β0 atau positron 1p0. Keduanya termasuk kelompok partikel ringan bermuatan. Berikut ini beberapa sifat-sifat sinar beta.

1. Radiasi sinar beta mempunyai daya tembus lebih besar dari pada alfa tetapi lebih kecil dari pada sinar gamma.
2. Sinar beta dapat dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet.
3. Kecepatan partikel beta berharga antara 0,32c dan 0,7c.
4. Jejak partikel beta dalam bahan berbelok-belok.

Besar massa diam dan muatan elektriknya juga sama, hanya tandanya saja yang berlawanan. Kecepatan gerak di udara antara 0,32c sampai 0,7c. Jejak partikel beta ini berbelok-belok karena elektron ini mengalami hamburan di dalam bahan. Panjang jangkauan partikel ini berada pada tingkatan medium dan dinyatakan dalam cm. Akan tetapi, terkadang juga dinyatakan dalam bentuk ketebalan densitas (density of thickness, dt) untuk menggantikan jarak atau ketebalan (d).

dt=d×ρ $dt=d\times \rho$

Keterangan:
dt = ketebalan densitas (mg/cm2);
d = jarak/ketebalan (cm); dan
ρ = rapat massa (mg/cm3 ).

Mekanisme hilangnya partikel beta sama dengan mekanisme pada partikel alfa, yaitu diserap bahan yang dilewati untuk proses ionisasi dan eksitasi. Partikel beta akan kehilangan energi 3,4 eV setiap pembentukan satu pasang ion. Namun karena partikel beta lebih kecil (sekitar 17300$\frac{1}{7300}$ dari massa partikel alfa) dan muatan yang lebih rendah (12$\frac{1}{2}$dari partikel alfa), maka partikel beta tidak dapat memproduksi pasangan ion sebanyak partikel alfa. Partikel beta dengan energi 3 MeV mempunyai jangkauan di udara lebih dari 1000 cm namun hanya mampu menghasilkan beberapa pasangan ion per mm sepanjang jejaknya.

⚛ Sinar Gamma (γ)

Sinar gamma merupakan sinar yang memiliki frekuensi tertinggi dalam spektrum gelombang elektromagnetik. Sinar ini dapat digunakan untuk membunuh kuman dan bakteri maupun sterilisasi alat kedokteran. Sinar gamma memiliki energi yang sangat tinggi sehingga dapat menembus logam. Dengan demikian, sterilisasi dapat dilakukan setelah alat kedokteran itu dibungkus. Berikut ini merupakan sifat-sifat sinar gamma.

1. Mempunyai daya tembus paling besar.
2. Tidak dapat dibelokkan oleh medan magnetik
3. Sinar gamma merupakan bentuk radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang paling pendek
4. Foton gamma tidak banyak berinteraksi dengan atom suatu bahan.

Dalam interaksinya dengan bahan, sinar gamma mengalami peristiwa fotolistrik, hamburan Compton, dan produksi pasangan. Sinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang membawa energi dalam bentuk paket-paket yang disebut foton. Jika sinar gamma masuk ke dalam suatu bahan, maka akan mengalami ionisasi. Hanya saja, ionisasi yang dihasilkan sebagian besar melalui proses ionisasi sekunder.

Jadi, sinar gamma berinteraksi dengan materi hanya beberapa pasang ion primer saja yang terbentuk. Ion-ion primer itu selanjutnya melakukan proses ionisasi sekunder sehingga diperoleh pasangan ion yang lebih banyak dibandingkan pada proses ionisasi primer. Jika sinar gamma (gelombang elektromagnetik) memasuki perisai, maka intensitas radiasinya akan berkurang tetapi energinya tetap.

I=I0e−μ0d $I=I_0{e}^{-{\mu }_{0}d}$

Keterangan:
I0 = intensitas mula-mula;
I = intensitas yang diteruskan;
d = ketebalan bahan perisasi; dan
μ = koefisien serapan linear bahan perisai.

        Ada tiga proses utama yang dapat terjadi apabila radiasi gamma melewati bahan, yaitu efek fotolistrik, hamburan Compton dan produksi pasangan. Ketiga proses tersebut melibatkan pelepasan elektron dan selanjutnya dapat mengionisasi atom-atom lain dalam bahan.
        Penyerapan intensitas gelombang elektromagnetik melalui tiga proses di atas, sehingga nilai μ juga ditentukan oleh peluang terjadinya ketiga proses tersebut, yaitu μfuntuk fotolistrik, μc untuk hamburan Compton, dan μpp untuk produksi pasangan. Koefisien absorbsi total μT dari ketiga koefisien tersebut dirumuskan sebagai berikut.

μT=μf+μc+μpp ${\mu }_T={\mu }_f+{\mu }_c+{\mu }_{pp}$

◈ Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik adalah peristiwa diserapnya energi foton seluruhnya oleh elektron yang terikat kuat oleh suatu atom sehingga elektron tersebut terlepas dari ikatannya. Elektron yang terlepas itu dinamakan fotoelektron. Efek fotolistrik terjadi pada energi 0,01 MeV hingga 0,5 MeV. Efek fotolistrik ini umumnya banyak terjadi pada materi dengan Z yang besar, seperti tembaga (Z = 29). Efek fotolistrik dapat terjadi jika energi foton kurang dari atau sama dengan energi ikat elektron yang berinteraksi.

◈ Hamburan Compton

Hamburan Compton terjadi apabila foton berinteraksi dengan elektron bebas atau elektron yang tidak terikat dengan kuat oleh inti, yaitu elektron terluar dari atom. Elektron itu dilepaskan dari ikatan inti dan bergerak dengan energi kinetik tertentu disertai foton lain dengan energi lebih rendah. Foton lain ini memiliki energi yang lebih rendah dibandingkan foton datang, sehingga biasa disebut foton hamburan. Frekuensi terbentuknya hamburan Compton berkurang jika energi foton yang datang dan Z bertambah. Dalam hamburan Compton ini, energi foton yang datang akan diserap oleh atom untuk diubah menjadi energi kinetik elektron dan foton hamburan.

◈ Produksi Pasangan

Produksi pasangan terjadi karena interaksi antara foton dengan medan listrik dalam inti atom berat. Jika interaksi itu terjadi, maka foton akan lenyap dan sebagai gantinya akan timbul sepasang elektron-positron. Massa diam elektron ekivalen dengan energi 0,51 MeV, sehingga produksi pasangan hanya dapat terjadi pada energi foton ≥ 1,02 MeV. Elektron-positron ini akan kehilangan energinya melalui proses ionisasi dalam bahan. Positron yang terbentuk juga bisa bergabung dengan elektron melalui suatu proses yang dinamakan annihiliasi.

Tentang: Fisika

Share:

Artikel Terkait