I. Standar Kompetensi4. Menunjukkan penerapan konsep fisika inti dan radioaktivitas dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari.

II. Kompetensi Dasar4.1 Mendeskripsikan pemanfaatan radioaktif dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari.

III. Indikator Materi Ajar1. Mengidentifikasi alat-alat pendeteksi radiasi.2. Menjelaskan pemanfaatan radioaktif pada bidang kesehatan.3. Mengidentifikasi penerapan radioaktif pada reaktor nuklir.4. Menjelaskan pemanfaatan radioaktif untuk mengecek kebocoran pipa.5. Menjelaskan radioaktif untuk mendeteksi ketebalan kertas.6. Menjelaskan cara kerja detektor asap.7. Menjelaskan pemanfaatan radioaktif untuk mengawetkan makanan.8. Mendeskripsikan penerapan radioaktif untuk menghitung usia fosil.9. Menjelaskan pemanfaatan radioaktif dalam bidang peternakan.10. Menjelaskan pemanfaatan radioaktif dalam bidang pertanian.

IV. Materi AjarMateri yang akan diajarkan adalah pemanfaatan radioaktif dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari.

V. Materi Prasyarat1. Inti atom2. Reaksi inti3. Radioaktivitas

VI. Konsep Essensial Materi ajar1. Reaksi Inti ( Fisi dan Fusi )2. Radioaktivitas3. Waktu paruh

VII. Peta Konsep Materi Ajar

VIII. Bagan Materi Ajar

IX. Aspek-aspek yang Terkandung Dalam Materi AjarNoMateri ajarAspek-aspek

KognitifAfektifPsikomotor

1.Alat pendeteksi radiasi-

2. perunut -

3.Radioterapi -

4.Reaktor nuklir PLTN--

5.Pengecek kebocoran pipa --

6.Pengukur ketebalan kertas --

7.Detektor asap --

8.Pengawet makanan -

9.Mengukur usia fosil--

10.Vaksin -

11.Pemberantas hama -

X. Uraian Materi AjarA. Pendeteksian Sinar RadioaktifAlat yang digunakan untuk mendeteksi adanya sinar-sinar radioaktif disebut detektor. Berikut contoh-contoh detektor.1. Pencacah Geiger-MullerAlat ini digunakan untuk menentukan banyaknya pancaran/radiasi sinar radioaktif. Pencacah Geiger-Muller bekerja berdasarkan ionisasi gas. Alat ini merupakan alat yang paling banyak digunakan.

Pencacah Geiger-MullerPeralatan 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, elektron-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. Kamar kabutAlat ini disebut kamar kabut karena prinsip kerja alat ini memanfaatkan uap jenuh. Prinsip ini ditemukan oleh C.R.T Wilson pada tahun 1911, sehingga disebut kamar kabut Wilson.Untuk membuat uap yang jenuh digunakan pendingin yang berasal dari CO2 padat. Jika terdapat partikel yag melintas uap jenuh, partikel akan mengionisasi uap tersebut. Ionisasi ini mengakibatkan timbulnya inti kondensasi (tetesan cairan). Ini dapat dilihat dengan bantuan cahaya yang dipancarkan ke ruangan tersebut. Jejak partikel dapat diamati sesuai dengan panjang dan tebalnya titik-titik tempat terjadinya ionisasi. Bila kamar kabut ditempatkan dalam medan magnetik, maka muatan dan jenis partikel dapat ditentukan dari lengkungan lintasannya.3. Emulsi FilmEmulsi film dipakai untuk menangkap jejak lintasan partikel sinar radioaktif sebab emulsi ini sangat peka terhadap sentuhan partikel. 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. Alat ini berfungsi untuk mendeteksi radiasi yang diterima ( terutama di daerah-daerah yang terdapat bahan radioaktifnya).

B. Pemanfaatan Radioaktif di Bidang Kesehatan1. PerunutSalah satu penggunaan radioaktif sebagai perunut/penjejak terdapat dalam bidang kesehatan yaitu untuk mendiagnosa penyakit yang sedang dialami oleh pasien. Kegiatan kedokteran nuklir berdasarkan objeknya dibedakan atas invivo (dalam tubuh) dan invitro (luar tubuh). Contoh kegiatan invivo adalah penentuan lokasi tumor, pemeriksaan fungsi, serta terapi tumor. Sedangkan contoh untuk kegiatan invitro adalah pemeriksaan kadar hormon, kadar obat. Dan adanya virus dalam darah. Salah satunya contohnya yaitu kamera gamma. Kamera gamma merupakan peralatan kedokteran yang utama. Alat ini mampu menghasilkan gambar atau mengukur fungsi dari organ yang sedang dipelajari. Seringkali juga digunakan kamera gamma yang berputar untuk membuat gambar organ tubuh dalam tiga dimensi. Penggunaan komputer yang dirangkai dengan kamera gamma ini dapat membantu dalam interpretasi hasil pemeriksaan. Diagnosis yang menghasilkan gambar ini dikenal dengan teknik pencitraan (imaging studies).Kamera Gammahasil pemeriksaan

2. RadioterapiRadioaktif sebagai sumber radiasi digunakan untuk terapi. Dalam hal ini, radiasi radioaktif akan merusak sel-sel dalam tubuh atau menghalangi terbentuknya sel-sel baru. Contohnya Co-60, P-32, Sr-90.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 ).Selain untuk membunuh sel kanker, radioaisotop juga berperan dalam terapi penyakit-penyakit tertentu, misalnya kanker kelenjar gondok, hiperfungsi kelenjar gondok yang membandel terhadap pemberian obat-obatan non radiasi, keganasan sel darah merah, inflamasi (peradangan) sendi yang sulit dikendalikan dengan menggunakan terapi obat-obatan biasa.

C. Pemanfaatan Radioaktif di Bidang Industri1. Reaktor Nuklir PLTNReaktor nuklir adalah tempat terjadinya reaksi fisi berantai yang terkendali.Adapun komponen-komponen dasar dari reactor nuklir, diantaranya yaitu:a. Bahan bakarTerletak dalam teras reaktor (tempat bahan bakar dan terjadinya reaksi inti) yang berada di dalam Moderator, dan menghasilkan uap panas yang dapat memutar tubin. Umumnya, bahan bakar berupa Uranium 235(U-235) yang telah diperkaya.b. ModeratorBerfungsi untuk menurunkan tegangan energi neutron dari energi tinggi ke energi termik dengan cara memperlambat kelajuan neutron. Oleh karena itu, moderator juga berguna sebagai pendingin. Material Moderator dapat berupa air biasa(O), Air berat(O), Grafit, dan Berilium.c. Batang kendaliBatang kendali berfungsi sebagai pengendali jalannya operasi reaktor agar laju pembelahan/populasi neutron di dalam teras reaktor dapat diatur sesuai dengan kondisi operasi yang dikehendaki. Selain hal tersebut, batang kendali juga berfungsi untuk memadamkan reaktor/menghentikan reaksi pembelahan. Bahan-bahan yang sering dipakai adalah: Boron, kadmium, gadolinium dan lain-lain. Bahan-bahan tersebut biasanya dicampur dengan bahan lain sehingga bersifat memiliki daya serap yang sangat besar, tahan radiasi, titik leleh yang tinggi dan tidak korosif.d. PendinginCairan atau gas yang memiliki sifat penghantar panas yang baik dan disirkulasi melalui sistem pompa sehingga panas dapat dialirkan keluar sistem reaktor. Kemudian, cairan atau gas tersebut masuk lagi kedalam reaktor untuk membawa lagi panas di dalam reaktor keluar sistem reaktor. Bahan pendingin dapat berupa air atau karbon dioksida.e. Perisai / wadahTerbuat dari bahan yang mampu menahan radiasi agar pekerja reaktor dapat bekerja dengan aman dari radiasi. Tangki reaktor berfungsi untuk menampung fluida pendingin agar teras reaktor selalu terendam di dalamnya. Tangki tersebut selain harus kuat menahan beban, maka harus pula tidak korosif bila berinteraksi dengan pendingin atau benda lain di dalam teras. Bahan yang bisa digunakan adalah: alumunium, dan stainless stell.Tangki reaktor berfungsi untuk menahan atau menghambat radiasi yang lolos dari teras reaktor agar tidak menerobos keluar sistem reaktor. Karena reaktor adalah sumber radiasi yang sangat potensial, maka diperlukan suatu sistem tangki yang mampu menahan semua jenis radiasi tersebut pada umumnya tangki yang digunakan adalah lapisan beton berat.Perbedaan PLTN dengan pembangkit lain terletak pada bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan uap, yaitu Uranium. Reaksi pembelahan (fisi) inti Uranium menghasilkan tenaga panas (termal) dalam jumlah yang sangat besar serta membebaskan 2 sampai 3 buah neutron

reaktor nuklirPada reaktor daya yang dimanfaatkan adalah panas dari reaksi fisi untuk menghasilkan uap yang bersuhu dan bertekanan tinggi untuk memutar turbin dalam sistem PLTN.2. Pengecek Kebocoran Pipa

Air keluar dari pipa bocor pendeteksi kebocoran pipa

Untuk mendeteksi kebocoran pada pipa-pipa yang ditanam di bawah tanah, biasanya digunakan radioisotop Na-24 dalam bentuk garam NaCl atau Na2CO3. Radioisotop Na-24 ini dapat memancarkan sinar gamma yang bisa dideteksi dengan menggunakan alat pencacah radioaktif Geiger Counter. Untuk mendeteksi kebocoran pada pipa air, garam yang mengandung radioisotop Na-24 dilarutkan kedalam air. Kemudian, permukaan tanah di atas pipa air diperiksa dengan Geiger Counter. Intensitas radiasi yang berlebihan menunjukkan adanya kebocoran.Radioisotop juga dapat digunakan untuk menguji kebocoran sambungan logam pada pembuatan rangka pesawat, yaitu dengan meronsen bahan tersebut. Tehnik ini berdasarkan sifat bahwa semakin tebal bahan yang dilalui radiasi, maka intensitas radiasi yang diteruskan makin berkurang, jadi dari gambar yang dibuat dapat terlihat apakah logam merata atau ada bagian-bagian yang berongga didalamnya. Pada bagian yang berongga itu film akan lebih hitam.3. Pendeteksi Ketebalan KertasPemanfaatan radioisotop dalam bidang industri digunakan pada pabrik kertas, ketebalan kertas dapat diatur dengan mengukur berapa banyak radiasi sinar beta yang lewat menembus kertas menuju ke alat pencacah Geiger-Muller. Pencacah Geiger-Muller mengatur tekanan alat pemutar untuk memberikan ketebalan yang sesuai dengan spesifikasi. Alat pendeteksi ketebalan kertasUntuk mengatur ketebalan kertas, plastik, atau aluminium foil, dapat digunakan sinar beta yang dapat menembus bahan ini. Dalam pabrik baja lembaran digunakan sinar gamma.dalam pabrik karet untuk ban kendaraan digunakan isotop stronsium (Sr-90).4. Detektor Asap

Detektor asapSinar radioaktif juga digunakan untuk mendeteksi asap. Detektor asap ini menggunakan sinar alfa. Sinar radioaktif menghasilkan ionisasi udara di dalam 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.5. Pengawetan Makanan

Strawberi yang diradiasi Strawberi yang tidak diradiasiRadiasi 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.Jenis iradiasi pangan yang dapat digunakan untuk pengawetan bahan pangan adalah radiasi elektromagnetik yaitu radiasi yang menghasilkan foton berenergi tinggi sehingga sanggup menyebabkan terjadinya ionisasi dan eksitasi pada materi yang dilaluinya.Dua jenis radiasi pengion yang umum digunakan untuk pengawetan makanan adalah : sinar gamma yang dipancarkan oleh radio nuklida 60Co (kobalt-60) dan 137Cs (caesium-37) dan berkas elektron yang terdiri dari partikel-pertikel bermuatan listrik. Kedua jenis radiasi pengion ini memiliki pengaruh yang sama terhadap makanan.Menurut Hermana (1991), dosis radiasi adalah jumlah energi radiasi yang diserap ke dalam bahan pangan dan merupakan faktor kritis pada iradiasi pangan. Seringkali untuk tiap jenis pangan diperlukan dosis khusus untuk memperoleh hasil yang diinginkan. Kalau jumlah radiasi yang digunakan kurang dari dosis yang diperlukan, efek yang diinginkan tidak akan tercapai. Sebaliknya jika dosis berlebihan, pangan mungkin akan rusak sehingga tidak dapat diterima konsumen.Penerapan dosis dalam berbagai penerapan iradiasi panganTujuanDosis (kGy)Produk

Dosis rendah (s/d 1 KGy)Pencegahan pertunasanPembasmian serangga dan parasitPerlambatan proses fisiologis0,05 0,150,15 0,500,50 1,00Kentang, bawang putih, bawang bombay, jahe,Serealia, kacang-kacangan, buah segar dan kering, ikan, daging keringBuah dan sayur segar

Dosis sedang (1- 10 kGy)Perpanjangan masa simpanPembasmian mikroorganisme perusak dan patogenPerbaikan sifat teknologi pangan1,00 3,001,00 7,002,00 7,00Ikan, arbei segarHasil laut segar dan beku, daging unggas segar/bekuAnggur(meningkatkan sari), sayuran kering (mengurangi waktu pemasakan)

Dosis tinggi (10 50 kGy)Pensterilan industriPensterilan bahan tambahan makanan tertentu dan komponennya10 50Daging, daging unggas, hasil laut, makanan siap hidang, makanan steril

Hasil penelitian mengenai efek kimia iradiasi pada berbagai macam bahan pangan hasil iradiasi (1 5 kGy) belum pernah ditemukan adanya senyawa yang toksik. Pengawetan makanan dengan menggunakan iradiasi sudah terjamin keamanannya jika tidak melebihi dosis yang sudah ditetapkan.D. Pemanfaatan Radioaktif di Bidang Arkeolog1. Menghitung Usia FosilRadioisotop memiliki waktu peuruhan 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:

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 (). Jadi di udara ada yang sedikit bersifat radioaktif unsur karbonnya berasal dari karbon-14 yang radioaktif. Selanjutnya diserap oleh tumbuhan, kemudian tumbuhan tersebut dikonsumsi oleh manusia dan hewan. Pada saat mahluk hidup mati, maka penyerapan terhenti dan kandungan 14C mulai berkurang karena meluruh dengan melepaskan sinar beta.Dengan membandingkan aktivitas karbon-14 pada mahluk sejenis yang masih hidup dengan yang sudah mati (sampel) maka dapat diketahui umur sampel tersebut.Jika akvitas suatu massa karbon dari sebuah tanaman / seekor binatang yang sekarang masih hidup adalah dan aktivitas suatu massa dari sampel yang harus ditentukan adalah R, maka : Keterangan :

Contoh:Sebatang pohon purba mengandung dengan aktivitas 13 disintegrasi permenit per gram karbon. Aktivitas pohon hidup adalah 10 menit per gram. Sudah berapa lama pohon itu mati?Jawab:Dik : =

Dit t = ?Jawab: t= ln

E. Pemanfaatan Radioaktif di Bidang PeternakanTeknik nuklir telah dimanfaatkan untuk memproduksi vaksin untuk anak ayam, penggemukan hewan ternak, peningkatan daya tahan ternak terhadap penyakit, dan lain sebagainya. Radiasi sinar gamma sumber 60Co dapat dimanfaatkan untuk pengembangan vaksin ternak, melemahkan agen penyakit patogen menjadi non pathogen.Vaksin yang dikenal saat ini dapat dikelompokkan ke dalam tiga kelompok yaitu,vaksin hidup (live vaccine), vaksin dimatikan (killed vaccine) dan vaksin sub unit. Vaksin radiasi yang sedang dikembangkan termasuk jenis vaksin hidup, dengan melemahkan bakteri atau parasit menggunakan iradiasi. Pembuatan vaksin dengan cara melemahkan organisme penyebab infeksi.

F. Pemanfaatan Radioaktif di Bidang Pertanian1. Pemberantasan hama dengan teknik jantan mandulRadiasi dapat mengakibatkan efek biologis, misalnya hama kubis. Di laboratorium dibiakkan hama kubis dalam bentuk jumlah yang cukup banyak. Hama tersebut lalu diradiasi sehingga serangga jantan menjadi mandul. Setelah itu hama dilepas di daerah yang terserang hama. Diharapkan akan terjadi perkawinan antara hama setempat dengan jantan mandul dilepas. Telur hasil perkawinan seperti itu tidak akan menetas. Dengan demikian reproduksi hama tersebut terganggu dan akan mengurangi populasi.2. Pemuliaan tanamanPemuliaan tanaman atau pembentukan bibit unggul dapat dilakukan dengan menggunakan radiasi. Misalnya pemuliaan padi, bibit padi diberi radiasi dengan dosis yang bervariasi, dari dosis terkecil yang tidak membawa pengaruh hingga dosis rendah yang mematikan. Biji yang sudah diradiasi itu kemudian disemaikan dan ditaman berkelompok menurut ukuran dosis radiasinya.

DAFTAR PUSTAKAKanginan, Marthen. 2006. Fisika Untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga.Purwoko. 2006. Fisika SMA Kelas XII. Jakarta: Yudhistira.Sinaga, Parlindungan. Fisika Modern. Bandung: FPMIPA UPISupiyanto. 2006. Fisika SMA untuk Kelas XII. Jakarta: Phieta.Sutrisno. 2003. Ilmu Fisika 3. Bandung: Acarya Media Utama.

15