Fisika Radiasi PPR Mhs 2013

download Fisika Radiasi PPR Mhs 2013

of 65

  • date post

    15-Feb-2015
  • Category

    Documents

  • view

    143
  • download

    13

Embed Size (px)

Transcript of Fisika Radiasi PPR Mhs 2013

4/8/2013

1

Ujian SIB PPR Jumlah materi ujian: relatif banyak Karakteristik ujian : 30% pemahaman, 30% hafalan, 30% ketrampilan/pengalaman mengerjakan soal kunci keberhasilan: 20% pendalaman, 60% kerja keras, 20% smart4/8/2013 2

RADIASIPancaran energi melalui materi atau ruang dalam bentuk gelombang elektromagnetik atau partikel hakekatnya tanpa medium

4/8/2013

3

JENIS RADIASIPengion(Alpha, Beta, Neutron, Sinar Gamma, Sinar-X)

Non Pengion(ultra violet, gelombang mikro, gelombang radio dan radar)elektronneutron

proton

4/8/2013

4

Atom dan Inti Atom Atom: bagian terkecil dari suatu materi yang masih memiliki sifat dasar materi tersebut. Sampai saat ini telah diketemukan 107 unsur Muatan elementer (e) = 1,6x10-19 C Satuan massa atom (sma) = 1,6 x 10-27 kg

4/8/2013

5

Model Atom Bohr Setiap elektron berputar mengelilingi inti dalam orbit/lintasan/kulit tertentu (stasioner). Suatu elektron tidak akan memancarkan atau menyerap radiasi/energi apabila ia dalam orbit stasioner. Jumlah elektron yang dapat menempati setiap lintasan 2 x n2 Atom stabil bila setiap lintasan yang lebih dalam berisi penuh dengan elektron sesuai dengan kapasitasnya.4/8/2013 6

Transisi elektron Transisi elektron: perpindahan elektron dari satu lintasan ke lintasan yang lain. Transisi elektron dari lintasan yang lebih luar ke lintasan yang lebih dalam dipancarkan energi sinar-X karakteristik (Esinar-x = Easal Etujuan) Tingkat energi dari setiap atom tidak sama

4/8/2013

7

Struktur AtomAtom terdiri 3 partikel dasarProton ------- bermuatan positip, relatif berat Neutron ------- ukuran dan beratnya hampir sama dengan proton tetapi tidak bermuatan listrikElektron ------ sangat ringan, bermuatan negatif4/8/2013 8

Proton + Netron ------- Inti atom Elektron ------- mengelilingi inti atomContoh : Atom Helium nucleus elektron elektron

Jumlah proton dan elektron harus sama, kalau tidak menjadi ion Jumlah neutron dapat berbeda4/8/2013 9

Jumlah proton menentukan jenis atom atau unsur Semua atom yang berisi 2 proton adalah atom Helium Semua atom yang berisi 4 proton adalah atom Beryllium

Semua atom yang berisi 8 proton adalah atom Oxygen Semua atom yang berisi 26 proton adalah atom Besi4/8/2013 10

Identifikasi Atom/ UnsurSuatu unsur diidentifikasi dengan jumlah proton dan kombinasi jumlah Proton + NetronA X Z

X = nama unsur A = nomor massa (jumlah p + n) Z = nomor atom (jumlah p)

Contoh : atom Beryllium9 Be 44/8/2013

Jumlah proton ------ 4 Jumlah netron ------ 9 - 4 = 5

11

IsotoP --- unsur dengan nomor atom sama dan nomor massa berbedaContoh ---- atom Helium --- He-4 & He-5

Z=2 He-4

Z=2 He-5

A=44/8/2013

A=512

IsobAr ----- unsur dengan nomor masa sama dan nomor atom berbeda Contoh : 14Si3131 P 15 31 S 16

IsotoN ----- unsur dengan netron sama dan nomor atom berbedaContoh : 12Mg264/8/2013

27 Al 13

28 Si 14

13

IsomEr ----- unsur dengan nomor atom dan nomor massa sama, tetapi tingkat energi berbeda Contoh : 28Ni6060* atau Ni 28 60m Ni 28

4/8/2013

14

Isotop --- dapat terjadi secara alamiah atau dibuat pada reaktor nuklir dengan menembakkan netron pada inti sehingga terjadi peningkatan nomor massa

Jika penambahan netron mengganggu kesetimbangan inti atom ----- isotop menjadi tidak stabil ----- disebut radioisop/radionuklida4/8/2013 15

Kestabilan inti Inti atom dikatakan stabil, bila komposisi jumlah proton dan neutronnya sudah seimbang serta tingkat energinya sudah berada pada keadaan dasar. Secara umum, kestabilan inti-inti ringan terjadi bila jumlah protonnya sama dengan jumlah neutronnya. Sedangkan kestabilan inti-inti berat terjadi bila jumlah neutron 1,5 x jumlah protonnya.

4/8/2013

16

Peluruhan radioaktif Bahan radioaktif: bahan yang terdiri radionuklidadalam jumlah cukup banyak Peluruhan radioaktif: proses perubahan/transformasi inti atom tidak stabil menjadi stabil Isotop radioaktif dapat memancarkan salah satu dari berikut iniAlpha Beta Alpha yang disertai Gamma Beta yang disertai sinar Gamma4/8/2013 17

Peluruhan radioaktif Komposisi jumlah proton dan neutron tidak setimbang alpha () atau beta () Tingkat energi tidak berada pada keadaan dasar gamma () Tiga jenis peluruhan radioaktif secara spontan, yaitu: alpha (), beta (), dan gamma ()

4/8/2013

18

Partikel Alpha () Terjadi pada inti relatif berat (Z > 80) A A-4 + X Y Z Z-2 Inti atom He2+ Daya ionisasi besar (100 x ; 10.000 x ) Jangkau pendek (3,4 8,6 cm di udara) Jangkau di jaringan tubuh 0.03 mm Dibelokkan medan listrik & medan magnet 1/100 1/10 kecepatan cahaya19

4/8/2013

Partikel Beta () Peluruhan terjadi pada inti relatif ringan ZXA Z+1YA + - + ZXA Z-1YA + + + anti Daya ionisasi sedang, mudah dihamburkan Jarak jangkau sedang (E=3,5 MeV11 m di udara, 15 mm di jaringan tubuh) Dibelokkan medan listrik & medan magnet 1/100 99/100 kecepatan cahaya4/8/2013 20

Sinar Gamma () Biasanya mengikuti pelruhan dan Energi yang besar, : 0,005 0,5 Dipancarkan dari nuklida tereksitasi (isomer) Daya ionisasi sangat kecil Jarak jangkau sangat besar Tidak dibelokkan medan listrik & medan magnet Kecepatan cahaya

4/8/2013

21

Produksi sinar xPrinsip Dasar Sinar x terjadi sebagai hasil konversi energi akibat tumbukan antara berkas elektron berkecepatan tinggi dengan bahan target.

Tiga jenis energi dihasilkan ketika terjadi tumbukan antara elektron dengan target, yaitu : - panas - sinar x kontinyu (bremstrahlung) - sinar x karakteristik4/8/2013 22

Produksi sinar x Bremstrahlung, terjadi ketika elektron menembus dekat inti atom dan mengalami pembelokan serta perlambatan.

N

4/8/2013

23

Aktivitas radiasi Aktivitas radiasi: jumlah peluruhan per detik laju peluruhan A = N/t = .N N=N0 e-t A=A0 e-t

4/8/2013

24

Satuan RadioaktivitasAktivitas peluruhan bahan radioaktif satuannya ----- Curie, disingkat Ci Bahan radioaktif dikatakan aktivitasnya 1 Curie bila 37 milyar atom-atomnya meluruh dalam 1 detik

1 Ci = 37 x 109 peluruhan/ detik ------- 1 peluruhan/ detik = 1 Beguerel (Bq)4/8/2013 25

4/8/2013

26

Waktu paro (half-life) --- waktu yang diperlukan untuk meluruh dari 1/2 jumlah atom-atomnya Contoh

Cs-137 waktu paro 30 tahun, maka jika ada 1 gram bahan radioaktif --- 30 tahun kemudian yang aktif tinggal 1/2 gram4/8/2013 27

Rumus berkaitan half-life

T = 0,693 / n = t / T1/2

A = (1/2)n . A0

4/8/2013

28

Contoh soal1. Sumber Ir-192 mempunyai aktivitas 100 MBq pada tanggal 1 januari 1999. Berapa aktivitasnya pada tanggal 28 mei 1999 ?. waktu paro Ir-192 adalah 74 hari 2. Suatu bahan radioaktif mempunyai aktivitas 100 MBq pada pukul 08.00 WIB. Sedangkan pada pukul 14.00 WIB aktivitasnya tinggal 25 MBq. Berapa waktu paro bahan tersebut?4/8/2013 29

Jawab1. t = 1 Jan 28 Mei = 148 hari. n = 148/74 = 2 A = (1/2)n.A0 = (1/2)2.100 MBq = 25 MBq Jadi aktivitas Ir-192 pada 28 Mei 1999 adalah 25 MBq 2. A0 = 100 MBq, At = 25 MBq, t = 6 jam At /A0 = 25/100 = = (1/2)2 n = 2 n = t/T1/2 = 2 T1/2 = t/2 = 6/2 = 3 jamA (1 / 2)

4/8/2013

30

Aktivitas jenis (Asp) Besarnya aktifitas per gram bahan radioaktif (Ci/gram)Contoh

4 gram Co-60 aktivitasnya 100 Ci, maka aktifitas spesifiknya adalah 25 Ci/gram Aktifitas spesifik berat ukuran sumber 4/8/2013 31

Asp = x Nsp = 0,693/T1/2 Nsp=

6,02 x 1023 /A

Nsp : jumlah atom dalam satu gram zr A : nomor massa4/8/2013 32

Contoh soal Berapa aktivitas jenis Ra-226 yang mempunyai waktu paro 1620 tahun?

4/8/2013

33

Jawab Asp = {(0,693)/(1620x365x24x3600)}x{(6,02x1023)/226}

Asp = 0,97 Ci/gram

4/8/2013

34

Dua bahan radioaktif dibandingkan, tidak selalu yang aktifitasnya tinggi menghasilkan radiasi gamma lebih banyak

Contoh : 1 atom Co-60 meluruh, memancarkan1 partikel beta dan 2 sinar gamma

1 atom Thalium 170 meluruh,1/ 4 atom ----- partikel beta dan sinar gamma 3/4 atom ----- partikel beta tanpa sinar gamma4/8/2013 35

Interaksi dengan materi Terjadi gaya Coulomb dengan elektron orbit mudah diserap materi Proses yang dominan adalah ionisasi dan eksitasi. Ada juga reaksi inti. Eksitasi de-eksitasi sinar-X karakteristik Reaksi inti: 4Be9 + 6C12 + n ; (sumber n)

4/8/2013

36

Interaksi dengan materi Proses yang terjadi: ionisasi, eksitasi, ionisasi, dan bremsrahlung. Fraksi energi (f) sinar-X bremsrahlung f = 3,5x10-4 . Z . Emaks ; (MeV) Tentukan f oleh radiasi dari P-32 (Emaks = 1,7 MeV) ketika mengenai timah hitam ( Z=82) f = 3,5x10-4.82.1,7 = 0,049=4,9%4/8/2013 37

Interaksi Sinar- dan Sinar-X dengan MateriBerkurangnya energi sinar- dan sinar-X Efek fotolistrik Efek compton Efek produksi pasangan

4/8/2013

38

Probabilitas Interaksi Sinar- dan Sinar-X dengan Materi. 120 Z100

80 60

Efek Fotolistrik dominan

Produksi pasangan dominan

4020

Efek Compton dominan0,01 0,1 1 10 100

E (MeV)39

4/8/2013

Efek Fotolistrik Semua energi foton diserap elektron orbit Terutama energi foton 0,01 MeV - 0,5 MeV Terutama pada Z yang besar Timbul fotoelektronGelombang elektromagnet Inti atom Fotoelektron (berenergi)

Lintasan Elektr on

elektron

4/8/2013

40

Efek Compton Semua tingkatan energi foton dapat terjadi Terutama Z rendah Sebagian energi foton diserap elektron terluar Elektron terlepas dengan energi kinetik dari foton Foton terhamburFotoelek