MAKALAH AWAL

PENERAPAN KONSEP FISIKA INTI DAN RADIOAKTIVITAS

Diajukan sebagai tugas Mata Kuliah Fisika Sekolah 3

Disusun oleh:

Hermansyah (0905542)

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

2011

FISIKA SEKOLAH 3 2011

I. Standar Kompetensi

Menunjukkan penerapan konsep fisika inti dan radioaktivitas dalam teknologi dan

kehidupan sehari-hari.

II. Kompetensi Dasar

Mendeskripsikan pemanfaatan radioaktif dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari.

III. Indikator

Menyebutkan contoh reaksi fusi dalam kehidupan nyata

Menyebutkan contoh reaksi fisi dalam kehidupan nyata

Menjelaskan manfaat reaktor nuklir bagi kehidupan

Menyebutkan alat-alat pendeteksi radioaktif

Menjelaskan pemanfaatan radioaktif dalam bidang kesehatan,industri, dan

pertanian

IV. Konsep Pra Syarat

Radioaktivitas

V. Konsep Essensial

Reaksi Inti ( Fisi dan Fusi )

Radioaktif

chap

ter:

Pen

erap

an K

onse

p Fi

sika

Inti

Dan

Rad

ioak

tivita

s

2

Inti dan Radioaktivitas

Pendeteksian

Elektroskop Pulsa

Pencacah Geiger-Muller

Kamar Kabut Wilson

Emulsi Film

Pencacah Sintilasi

Pengobatan

Industri

Menganalisa Materi

Pengawetan Makanan

Penentuan Umur dengan Radioaktif

Detektor Asap

Pemanfaatan

Tidak terkendali Tidak terkendali

Reaksi Inti Radioaktif

Reaksi Fisi Reaksi Fusi

Bom Atom Bom Hidrogen

Terkendali

Reaktor Nuklir

diantaranya

Aplikasinya pada

diantaranya

Bahaya & cara mengatasi radiasi bahan radioaktif

menghasilkan

Radiasimenimbulkan

FISIKA SEKOLAH 3 2011

VI. Peta Konsep

chap

ter:

Pen

erap

an K

onse

p Fi

sika

Inti

Dan

Rad

ioak

tivita

s

3

FISIKA SEKOLAH 3 2011

VII. Uraian Materi

Dibawah ini akan dijelaskan dua macam reaksi inti yaitu reaksi fisi dan reaksi fusi.

1. Reaksi Fisi

Reaksi fisi atau pembelahan inti merupakan peristiwa penembakkan suatu

inti yang berat yang kemudian inti tersebut pecah dan menjadi dua inti yang lebih

ringan disertai dengan pembebasan neutron baru dan energi yang besar. Contoh

reaksi fisi yang terkenal adalah pada reaktor nuklir

Reaksi pembelahan inti yang sangat cepat dan tak terkendali inilah yang

membinasakan, yakni bom atom.

Reaktor Nuklir

Reaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi fisi berantai yang terkendali.

Reaktor adalah sumber energi yang sangat efisien. Energi yang dilepaskan dalam

sebuah reaktor nuklir timbul sebagai kalor dan dapat diambil dengan mengalirkan zat

cair atau gas sebagai pendingin melalui reactor itu.

Menurut kegunaannya, reaktor dapat digolongkan sebagai berikut.

1. Reaktor penelitian, digunakan untuk penelitian di bidang fisika, biologi, kimia,

industri, dan teknologi lainnya.

2. Reaktor produksi isotop, untuk memproduksi isotop-isotop dari unsur radioaktif.

3. Reaktor daya, dipakai sebagai sumber tenaga listrik. Dalam hal ini energi nuklir

digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik (PLTN) yang lebih murah.

Komponen-komponen utama reaktor

1. Bahan bakar

2. Teras reactor

3. Batang control

4. Moderator

5. Perisai

chap

ter:

Pen

erap

an K

onse

p Fi

sika

Inti

Dan

Rad

ioak

tivita

s

4

FISIKA SEKOLAH 3 2011

6. Pendingin

Contoh skema dasar reaktor nuklir

1. Reaksi Fusi

Reaksi fusi merupakan reaksi antara dua inti ringan yang menghasilkan

inti yang lebih berat dan partikel elementer serta energi disebut reaksi fusi. Dalam

kasus ini, temperatur tinggi disediakan menggunakan sebuah bom fisi sebagai

pemicu.

A. Pemanfaatan Radioaktif

1. Pengobatan

Terapi Radiasi

Sifat radiasi radioisotope dimanfaatkan dalam dunia pengobatan untuk membunuh sel

kanker. Penggunaan radioisotope untuk membunuh sel kanker disebut radioterapi

(radiotherapy). Saat ini yang paling banyak digunakan adalah terapi radiasi gamma

yang diradiasikan oleh isotop kobalt-60 ( Co-60 ). Untuk mengarahkan sinar radiasiγ

digunakan sebuah mesin tertentu. Mesin berotasi mengitari daerah kanker dan

mengarahkan sinar γ pada daerah tersebut. Sel-sel sehat disekitar kanker menerima

juga radiasi γ. namun, pada tahun 1946, Robert Rathbun Wilson mempublikasikan

sebuah karya ilmiah yang pertama kali mengusulkan penggunaan berkas proton untuk

pengobatan kanker dengan radiasi. Keunikan terapi proton adalah sifat alami proton,

yaitu memiliki massa dan muatan listrik positif. Karena itu, energi yang dibawa

proton bisa dipercepat sedemikian rupa sehingga medium disekeliling kanker tidak

bisa menyerap energi yang dibawa berkas proton. Akibatnya berkas proton dapat

diatur untuk bisa menanamkan energinya ke lokasi sel kanker yang dituju. Dengan

chap

ter:

Pen

erap

an K

onse

p Fi

sika

Inti

Dan

Rad

ioak

tivita

s

5

FISIKA SEKOLAH 3 2011

demikian terapi radiasi proton menolong dokter mengobati hanya sel kanker dan

tidak menambah resiko rusaknya sel-sel sehat.

Perunut

Salah satu penggunaan radioaktif sebagai perunut/penjejak terdapat dalam

bidang kesehatan. Contohnya pada fenomena di atas, iodium -nutrisi yang dibutuhkan

tubuh- bisa masuk lewat garam beriodium maupun makanan hasil laut. Untuk

mengevaluasi kerja kelenjar gondok,pasien diberi minuman yang mengandung sedikit

radioaktif sodium iodide, di mana di dalamnya berisi iodium-131 yang bersifat

radioaktif. Dua jam kemudian, jumlah iodium dalam kelenjar gondok diteliti dengan

mengukur intensitas radiasi di daerah leher. Zat iodium-135 yang masih tersisa di

gondok digunakan untuk mengukur berapa baiknya kelenjar bekerja.

Perunut juga digunakan untuk mendeteksi penyempitan pembuluh darah. Larutan

natrium klorida yang radioaktif disuntikkan ke dalam tubuh lalu diamati dengan

menggunakan pencacah Geiger-Muller. Tempat penyempitan ditandai dengan

sedikitnya hitungan pada alat pencacah.

2. Industri

Perunut radio isotop dapat digunakan untuk pekerjaan mengeruk lumpur pada

pelabuhan dan terowongan dengan lebih efisien. Caranya adalah dengan memasukan

radioisotop silikon kedalam lumpur dan kemudian mengukur cara lumpur tersebut

terbentuk dan bergerak dengan detektor radioaktif. Kebocoran suatu pipa penyalur

minyak atau gas dapat dirunut dengan menyuntikan sejumlah radioisotop ke dalam

saluran pipa. Cara ini cukup efisien karena untuk menemukan kebocoran kita tidak perlu

menggali tanah. Kita harus memilih isotop yang tepat, yaitu yang memiliki waktu paro

hanya beberapa jam atau beberapa hari. Dengan demikian isotop ini aktif cukup lama

untuk dideteksi, tetapi waktu aktifnya tidak terlalu lama sehingga tidak menimbulkan

masalah radiasi. Untuk itu kita pilih partikel beta. Partikel alfa akan diserap oleh tanah,

sedangkan sinar gamma akan menembus logam dimana saja (tidak dapat digunakan

untuk mendeteksi kebocoran).

3. Menganalisa Materi

chap

ter:

Pen

erap

an K

onse

p Fi

sika

Inti

Dan

Rad

ioak

tivita

s

6

FISIKA SEKOLAH 3 2011

Analisis material menggunakan metode radiasi disebut neutron activation

analysis. Caranya material yang akan dianalisa diradiasi dengan neutron. Inti-inti atom

material menyerap neutron dan bisa berubah menjadi isotop-isotop yang berbeda, banyak

yang radioaktif. Dengan menganalisa radiasi yang dipancarkan oleh material setelah

menyerap neutron, dapat diketahui jenis materialnya. Dengan analisis ini, dapat dideteksi

material sampai yang paling kecil sekalipun. Analisis aktivasi neutron ini secara rutin

digunakan di bandara oleh penerbangan komersial untuk mengecek barang-barang

bawaan penumpang dan juga bagasi.

Penggunaan lainnya adalah utuk mengetahui keaslian lukisan atau benda-benda

seni lainnya. Cat yang lama dan yang baru akan memberikan reaksi yang berbeda

terhadap neutron.

4. Menentukan Umur Dengan Radioaktif

Karena keluruhannya yang tetap atau konstan maka radioisotop dapat digunakan

sebagai jam nuklir. Seperti pada penentuan umur fosil dengan karbon. Karbon-14 (waktu

paruh 5730 tahun) dapat digunakan untuk menentukan umur fosil mahluk hidup atau sisa-

sisa dari material yang terbuat dari kayu, kulit, tulang, dan kertas. Cara ini dipakai karena

diketahui pada mahluk hidup – mnusia, tumbuhan, hewan- terdapat sedikit kandungan

radioaktif 14C. Proses terbentuknya 14C pada mahluk hidup yaitu neutron-neutron dari

sinar kosmik menumbuk nitrogen 14N dengan reaksi:

n01 + N7

14 C614 + H1

1

Jadi ada isotop 14C yang radioaktif dan 12C yang stabil. Jumlah 14C sangat sedikit

dibandingkan dengan 12C. Perbandingan antara 14C dan 12C adalah 1,3x 10-2. Kemudian

unsur karbon bergabung dengan oksigen membentuk karbon dioksida (CO2). Jadi CO2di

udara ada yang sedikit bersifat radioaktif –unsur karbonnya berasal dari karbon-14 yang

radioaktif. Selanjutnya CO2diserap oleh tumbuhan, kemudian tumbuhan tersebut

dikonsumsi oleh manusia dan hewan. Pada saat mahluk hidup mati, maka penyerapan

CO2 terhenti dan kandungan 14C mulai berkurang karena meluruh dengan melepaskan

sinar beta seperti reaksi

C614 N7

14 + e−10

chap

ter:

Pen

erap

an K

onse

p Fi

sika

Inti

Dan

Rad

ioak

tivita

s

7

FISIKA SEKOLAH 3 2011

Dengan membandingkan aktivitas karbon-14 pada mahluk sejenis yang masih hidup

dengan yang sudah mati (sampel) maka dapat diketahui umur sampel tersebut.

Begitulah cara sejarawan mengetahui umur fosil...

5. Pengawetan Makanan

Strawberi yang diradiasi Strawberi yang tidak diradiasi

Radiasi dapat digunakan untuk mengawetkan makanan karena diketahui radiasi ini dapat

membunuh bakteri dan jamur. Misalnya pada buah strawberi yang diradiasi akan lebih

awet daripada yang tidak diradiasi.

6. Detektor Asap

Sinar radioaktif juga digunakan untuk mendeteksi asap. Detektor asap ini

menggunakan sinar alfa. Sinar radioaktif menghasilkan ionisasi udara didalam detektor

yang selanjutnya mengasilkan arus. Jika ada asap di dalam detektor, maka ion yang

terbentuk semakin sedikit. Pengurangan arus ini dideteksi oleh rangkaian luar yang

langsung membunyikan alarm secara otomatis.

Untuk bisa dimanfaatkan, radioaktif tersebut dibantu dengan alat pendeteksi,berikut

akan dibahas beberapa macam alat pendeteksi.

B. Pendeteksian Sinar Radioaktif

chap

ter:

Pen

erap

an K

onse

p Fi

sika

Inti

Dan

Rad

ioak

tivita

s

8

FISIKA SEKOLAH 3 2011

Alat yang digunakan untuk mendeteksi adanya sinar-sinar radioaktif disebut

detektor. Berikut contoh-contoh detektor.

1. Pencacah Geiger-Muller

Alat ini digunakan untuk menentukan banyaknya pancaran/radiasi sinar radioaktif.

Pencacah Geiger-Muller bekerja berdasarkan ionisasi gas. Alat ini merupakan alat yang

paling banyak digunakan.

Peralatan ini terdiri dari sebuah tabung silinder terbuat dari logam yang diisi

dengan gas bertekanan rendah ( 10 cm Hg ) dan seutas kawat yang terletak sepanjang

sumbu tabung. Kawat dipertahankan agar memiliki beda potensial tinggi ( kira-kira 1.000

V ) terhadap tabung. Saat sebuah partikel atau foton berenergi tinggi memasuki jendela

tipis pada salah satu ujung tabung, beberapa atom gas dalam tabung terionisasi. Elektron-

elektron yang keluar dari atom gas ditarik menuju kawat positif ( anoda ). Dalam proses

pergerakan elektron menuju kawat positif, electron-elektron juga akan mengionisasi

atom-atom gas lainnya. Proses ini menghasilkan timbunan muatan-muatan yang akan

menghasilkan pulsa arus pada keluaran tabung. Pulsa ini diperkuat sehingga dapat

dipakai untuk menyalakan rangkaian pencacah elektronik.

2. Elektroskop Pulsa

Elektroskop pulsa digunakan untuk mendeteksi ionosasi molekul udara oleh

radiasi sumber radioaktif. Pada prinsipnya, cara kerja elektroskop pulsa mirip dengan

sebuah elestroskop daun emas. Pada saat partikel yang dipancarkan oleh unsur radioaktif

masuk ke dalam kamar ionisasi,gas yang ada di kamar tersebut akan terionisasi. Ion-ion

positif akan ditarik oleh elektrode negatif, sebaliknya ion negatif akan ditarik oleh

elektrode positif. Akibat adanya muatan yang sejenis pada elektroda positif, “daun” yang

chap

ter:

Pen

erap

an K

onse

p Fi

sika

Inti

Dan

Rad

ioak

tivita

s

9

10 MΩ

++

++

+ +

+ +

2,5 kVSumber DC

Bumi

Elektrode samping

Isolator

Daun Mengembang ketika dimuati oleh arus ionisasi

Elektrode Atas

Kamar Ionisasi logam

Ion-ion (+) dan (-) bergerak seperti ditunjukan

Radiasi dari Ra-266 mengionisasi udara

Bungkus logam yang dibumikan dengan jendela kaca

FISIKA SEKOLAH 3 2011

berada di logam bundar akan mengembang. Mengembangnya “daun” tersebut akan

dideteksi oleh rangkaian elektronik.

3. Kamar Kabut Wilson

Alat ini berisi gas superdingin di bawah titik embun biasa. Partikel radiasi

berenergi tinggi yang melewati gas ini akan mengionkan gas sepanjang lintasannya.

Selanjutnya, ion-ion tersebut berlaku sebagai pusat pengembunan gas superdingin. Jejak

ini dapat diamati dengan mata telanjang dan juga dapat di foto.

Salah satu detektor yang digunakan dalam penelitian adalah kamar gelembung ( bubble

chamber ) . Kamar gelembung menghasilkan jejak-jejak berbentuk gelembung-

gelembung yang dibentuk oleh ion-ion hasil radiasi mirip dengan uap jenuh yang

mengembun dalam kamar kabut Wilson.

4. Emulsi Film

chap

ter:

Pen

erap

an K

onse

p Fi

sika

Inti

Dan

Rad

ioak

tivita

s

10

FISIKA SEKOLAH 3 2011

Alat deteksi yang dapat dipakai untuk menangkap jejak lintasan partikel sinar

radioaktif sebab emulsi ini sangat peka terhadap sentuhan partikel. Alat ini berupa

lembaran film yang terbuat dari 30 % perak bromida, tetapi ada juga yang menggunakan

90 % perak bromida. Ketika suatu partikel bermuatan bergerak melalui emulsi film,maka

akan terbentuk bayangan dalam butir-butir kristal perak bromida yang dapat dilihat

setelah film dicuci. Dengan mengamati jejaknya, kita dapat mengidentifikasi jenis

partikel dan menentukan energi mula-mula. Emulsi film biasanya digunakan pada

dosimeter. Alat ini berfungsi untuk mendeteksi radiasi yang diterima ( terutama di

daerah-daerah yang terdapat bahan radioaktifnya ). Di bawah ini adalah contoh

dosimeter.

5. Pencacah Sintilasi

Alat ini bekerja berdasarkan sintilasi atau kelipan yaitu pancaran foton-foton

cahaya akibat deeksitasi atom-atom yang tereksitasi oleh partikel radiasi yang

menumbuknya. Sewaktu diode pertama yang disebut foto katoda dikenai foton cahaya,

misalnya dari kelipan detektor sintilasi akibat radiasi alfa, maka fotokatode yang dilapisi

bahan yang mudah mementalkan electron itu, lalu memancarkan fotoelektron yang lalu

dipercepat oleh beda potensial menuju diode di sebelahnya,yang mengakibatkan

terpentalnya beberapa elektron sekunder karena ditumbuknya. Elektron-elektron

sekunder ini dipercepat diode berikutnya, sehingga semakin lama semakin banyak

electron yang sampai pada diode terakhir yang disebut anode,serta menghasilkan pulsa

tegangan listrik yang teramati. Berikut adalah diagram suatu detektor sintilasi.

chap

ter:

Pen

erap

an K

onse

p Fi

sika

Inti

Dan

Rad

ioak

tivita

s

11

FISIKA SEKOLAH 3 2011

DAFTAR PUSTAKA

Kanginan, Marthen.2000.Fisika 2000Jilid 3C untuk SMU Kelas 3.Jakarta:Erlangga.

Seran Daton, Goris.2007.FISIKA untuk SMA/MA Kelas XII.Jakarta:Grasindo.

Kaninan,Marthen.2006.Fisika 3 untukSMA kelas XII.Jakarta:Erlangga.

chap

ter:

Pen

erap

an K

onse

p Fi

sika

Inti

Dan

Rad

ioak

tivita

s

12