MATERI APLIKASI TEKNOLOG NUKLIR FISIKA INTI

TINJAUAN UMUM PLTN

PRINSIP KERJA REAKTOR NUKLIR

BAGIAN2 REAKTOR NUKLIR

KONSEP KESELAMATAN NUKLIR

TEKNIK GAUGING

LOGGING

PERUNUT

POLIMERISASI

STERILISASI

PENGAWETAN

RADIOMETRIK

MATERI

• tersusun dari molekul yang

terdiri atas beberapa atom

Materi: Air

ATOM

• bagian terkecil dari suatu

yang masih memiliki sifat

materi tersebut

materi

dasar

Molekul : H O 2

10-10m • mempunyai ukuran ±

Angstrom)

( 1

atom = unsur Atom: O & H

PARTIKEL DASAR SUB ATOM

masa sangat ringan,

bermuatan listrik negatip

masa lebih berat dari elektron,

bermuatan listrik positip

masa sedikit lebih berat dari

proton, tidak bermuatan

listrik

Elektron

Proton Atom

Netron

MODEL ATOM BOHR

Elektron

Inti Atom (proton + Netron)

10-14 m

10-1

0 m

= 1

A

Lintasan Elektron

Elektron

Inti Atom

IDENTIFIKASI UNSUR

Jenis unsur ditentukan oleh jumlah yang ada di dalam inti atom.

proton

Misal, Semua adalah Semua adalah

atom atom atom atom

yang mengandung dari unsur Cobalt yang mengandung dari unsur Iridium

27 proton

77 proton

IDENTIFIKASI INTI ATOM

•

•

Nuklida =

Penulisan

Jenis Inti Atom

Contoh Atom cobalt------ 27Co59 lambang Jumlah proton = jumlah elektron = 27 Jumlah netron = 59 - 27 = 32

ZXA atau X-A

A: Nomor massa = Jumlah proton + neutron Z: Nomor atom = Jumlah proton

Istilah lain dari inti atom Nuklida, istilah untuk menyatakan jenis inti atom suatu unsur

Unsur yang sama dapat yang berbeda Contoh

memiliki nuklida

Unsur Irridium (Ir) dapat berupa nuklida 77Ir191

77Ir192 dan

Istilah dalam penamaan nuklida

• nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah proton (Z) sama, tetapi jumlah netron (A) berbeda Contoh : • Cobalt-59 (27Co59) dan Cobalt-60 (27Co60) adalah isotop dari unsur Cobalt

Isotop •

• 1H1, 1H2, 1H3

Istilah dalam penamaan nuklida

• nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah jumlah proton + netron (Z) – NO

Isobar MASSA - sama tetapi jumlah proton – NO ATOM- berbeda Contoh 14Si31, 15P31, 16S31 •

Istilah dalam penamaan nuklida

• nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah netron (A) sama, tetapi jumlah proton (Z) – NO ATOM- berbeda Isoton Contoh : 12Mg26, 13Al27, 14Si28 •

• nuklida-nuklida yang mempunyai jumlah proton (Z) dan jumlah netron (A) sama tetapi mempunyai tingkat energi berbeda

Isomer • Contoh : 28Ni60dan 28Ni60*

Pengertian: Klasifikasi:

Radiasi pengion : mampu menngionisasi materi yang dilaluinya Contoh: Radiasi Sinar-X

pancaran dan perambatan energi melalui materi atau

ruang dalam bentuk gelombang elektro magnetik

atau Partikel

Radiasi bukan pengion: tidak menyebabkan

terjadinya ionisaso pada materi yang dilaluinya Contoh: Radiasi panas

Radiasi gelombang Electromagnetik

Diantara radiasi gelombang EM, sinar gamma dan sinar X memiliki energi

yang besar sehingga mampu mengionisasi media yang dilalui,

disebut radiasi pengion

Radiasi bukan Pengion

Radiasi Pengion

Radiasi Nuklir ???

Radiasi yang berasal dari suatu proses fisika di dalam atom

alpha (), beta () atau gamma ()

nuklida tidak stabil (radionuklida) Nuklida Stabil

N

ATOM STABIL DAN TIDAK STABIL

Atom Stabil

Atom Tidak Stabil

Ada lintasan yang lebih dalam

yang tidak terisi penuh

dengan

elektron sesuai dengan

kapasitasnya

Setiap lintasan yang

lebih dalam terisi penuh

dengan elektron sesuai

dengan kapasitasnya

Energi TRANSISI ELEKTRON

Eksternal

Sinar-X karakterist

ik

Dasar Fisika Radiasi TYN.RL2.DFR.120 27

BATAN

TYN.RL2.DFR.120 Dasar Fisika Radiasi 28

BATAN

alpha

Partikel beta

Radiasi Pengion

netron

Sinar-X Gelombang

Elektromagnetik Sinar

gamma

TYN.RL2.DFR.120 Dasar Fisika Radiasi 29

PENGERTIAN DASAR

Bagian terkecil dari suatu zat yang masih memiliki sifat zat tersebut

Inti Atom :

Proton : 1,007287 sma ( + )

Neutron : 1,008665 sma ( 0 )

1 sma : 1/12 massa Carbon = 1,66 x 10-27 kg

Elektron (-) : 0,000549 sma

mengelilingi inti atom

ATOM :

RADIASI

Pancaran energi melalui materi atau ruang dalam bentuk

gelombang elektromagnetik atau partikel.

Tak dapat dideteksi oleh indera manusia

Dapat berinteraksi dengan bahan/materi SIFAT

JENIS RADIASI

Pengion

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

Non Pengion

(ultra violet, gelombang mikro, gelombang radio dan radar)

elektron

proton

neutron

Zat Radioaktif Buatan

(Co60, Cs137, I131, Ir192, Cr51, P32, dll)

Mesin Sumber Radiasi

(Mesin Sinar-X, Akselerator, Reaktor Nuklir, Iradiator)

SUMBER RADIASI

1. SUMBER RADIASI ALAM

Sinar Kosmik (Benda Langit)

Batuan (U238, C14 dan K40)

Dalam Tubuh (C14 dan K40)

2. SUMBER RADIASI BUATAN

30

DALAM TUBUH RADIASI BUATAN RADIASI ALAM

0,50 mSv

50 mRem

10 mRem

5-15mRem

0,05 mSv

2 mRem

40 mRem

5 mRem

3mRem

25 mRem

ARLOJI

DIAGNOSTIK SINAR X

PESAWAT TERBANG

PLTN

BAHAN BANGUNAN

MAKANAN DAN

MINUMAN

SINAR

KOSMIK

MATAHARI

BATUAN

Kontributor Radiasi Terhadap Manusia Pertahun

KOMPUTER/TV

1Sv=1 Rem

KOMPOSISI RADIASI ALAM DAN BUATAN

ALAM 70%

MEDIK 29%

LAIN 1%

EINSTEIN : kesetaraan massa energi: E = mc 2

e = energi dalam joule (kg m2 /s2 )

m = massa benda dalam kg

c = kecepatan cahaya = 3 x 10 8 m/detik

Didapat perhitungan akhir

1 kg = 9 x 1016 j dan

1 sma = 1,5 x 10-12 j

karena

1 ev = 1,602 x 10-19 j, maka 1 sma = 931 Mev

ENERGI :

Bersifat Diskrit dengan Energi :

E = h = h C/ (h = Planck, = panjang gelombang)

Tidak dapat dilhat (Sinar , Sinar -X)

MODEL ATOM BOHR

Transisi Elektron dari Kulit :

E = h = Ei - Ef Pemancaran Energi i > f

Penyerapan Energi i < f

Sinar-X Karakteristik

IONISASI

Lepasnya Elektron dari atom (ikatan elektron didalam atom relatif lemah) mebentuk Ion (+) dan Ion (–)

RADIASI ELEKTROMAGNETIK

RADIOAKTIVITAS DAN RADIASI

N (Neutron)

STABILITAS N=Z

(1)

(2)

Z (Proton)

Peluruhan alpha

N bertambah 1

Z berkurang 2

Peluruhan beta positif

N berkurang 2

Z berkurang 1

Kurva stabilitas

Peluruhan beta negatif

N berkurang 1

Z bertambah 1

Proton (Z)

Neutron (N)

JENIS PELURUHAN

DI ATAS KURVA STABIL

Peluruhan Beta Negatif

- N berkurang 1 proton bertambah 1

DI BAWAH KURVA STABIL

Peluruhan Beta Positif

- Z berkurang 1 N bertambah 1

Peluruhan Alpha

- Z berkurang 2 N berkurang 2

KESTABILAN INTI

¼ isotop stabil

PANDANGAN FISIKA KLASIK

Jika inti atom mengalami peluruhan alfa atau beta,

maka nomor atom Z berubah dan inti berubah

menjadi inti baru. Hal ini berarti bahwa unsur

tidak tetap.

Energi yang dihasilkan pada peluruhan radioaktif

berasal dari inti individu tanpa eksitasi internal,

berbeda dengan radiasi atomik.

Gejala peluruhan radioaktif merupakan kejadian

statistik, yang memenuhi teori kemungkinan

(peluang/probabilitas).

2/22/2017

40

RADIOAKTIVITAS

Fenomena radioaktivitas pertama kali dikemukan oleh Henry Becquerel (1896), yang diawali oleh ide Roentgen (1895), yang berhasil mendeteksi sinar-X dengan fluorisensi.

Penemuan radioaktivitas selanjutnya oleh Pierre dan Marie Curie pada saat mengekstraksi Uranium dari bahan tambang, yaitu Polonium dan Radium.

Radioaktivitas merupakan proses pemancaran spontan partikel radiasi (spontaneous emission of radiation )

Berdasarkan eksperimen diperoleh kesimpulan bahwa radioaktivitas merupakan hasil peluruhan (decay) atau disintegrasi dari inti-inti tak stabil (unstable nuclei).

2/22/2017

41

TIPE-TIPE RADIASI

Rutherford dan rekan-rekannya berhasil membedakan tiga

jenis radiasi yang dipancarkan oleh nuklida, yaitu :

Alpha particles

Partikel Alfa merupakan inti Helium ( 4He )

Beta particles

The particles berupa elektron (-) atau positron (+) Positron merupakan antipartikel dari elektron

Positron serupa dengan elektron, tetapi bermuatan +e

Gamma rays

Sinar gamma merupakan foton berenergi tinggi

2/22/2017

42

NUCLEAR STABILITY

2/22/2017 43

Stable nuclei

Proton unstable

Neutron unstable

2/22/2017

44

Nuklida Stabil Semua Nuklida yang dikenal

PELURUHAN RADIOAKTIF

Berdasarkan hasil eksperimen peluruhan radioaktif mengikuti hukum eksponensial.

Peluruhan merupakan kejadian/peristiwa statistik murni. Hal ini berarti kita tidak dapat memprediksi atom mana yang akan meluruh pada detik berikutnya.

Atom yang ada mempunyai probabilitas akan meluruh pada detik berikutnya sebesar .

Asumsi dasar pada teori statistik bahwa probabilitas peluruhan tidak bergantung pada waktu dan jumlah inti/atom yang masih ada.

Pada selang waktu dt, probabilitas peluruhan sebuah atom sebesar dt.

Jumlah partikel radiaoktif yang meluruh dalam selang waktu tertentu sebanding dengan jumlah total partikel dalam sampel bahan radioaktif tersebut :

λ disebut kontanta peluruhan (decay constant/disintegration) dan menentukan kecepatan material tersebut meluruh.

Tanda minus berarti bahwa N berkurang terhadap waktu.

2/22/2017 45

NdtdN

KURVA/GRAFIK PELURUHAN

Integral persamaan di atas

tersebut menghasilkan :

Waktu paro (half-life)

didefinisikan sebagai waktu

yang diperlukan untuk meluruh

separoh dari atom yang ada :

46

2/22/2017

693.02lnT 21

0

tN N e

AKTIVITAS

Laju peluruhan atau aktivitas, A, dari sampel radioaktif didefinisikan sebagai jumlah peluruhan per detik, yaitu :

2/22/2017 47

NeNdt

dNA t

o Aktivitas

Umur rata-rata (Average/Mean Life) Bentuk eksponensial peluruhan radioaktif mengindikasikan bahwa

semua atom akan meluruh secara sempurna dalam waktu tak

berhingga. Oleh karena itu tiap atom individual mungkin

mempunyai umur dari nol sampai dengan tak berhingga.

Berdasarkan fenomena statistik alamiah ini didefiniskan kuantitas

umur rerata (average atau mean life, ).

t

ot eAA

UMUR RATA-RATA

Umur rata-rata didefinisikan sebagai :

Dalam bentuk integral, dituliskan sebagai :

2/22/2017 48

0

0

0

0

N

dNt

dN

dNt

No

No

No

.....

....

321

332211

dNdNdN

dNtdNtdNt

1

00

0

dtetN

dteNtt

t

o

SOAL

Jika mula-mula terdapat 0,5 gram zat radioaktif murni, dan 12 jam kemudian masih tersisa 0,125 gram zat yang masih radioaktif, berapakah!

Waktu paro (T1/2) unsur radioaktif tersebut

Konstanta peluruhan ()

Aktivitas, mula-mula dan aktivitas pada t = 12 jam

Umur rata-rata

Jumlah atom/inti yang masih radioaktif, setelah 12 jam meluruh, diketahui MR = 235 dan NA= 6,02 x 1023 atom/mol

2/22/2017 49

SATUAN PELURUHAN

Satuan aktivitas radioaktif, A, adalah Curie, Ci

1 Ci = 3.7 x 1010 peluruhan/sekon

Satuan Internasional (SI) aktivitas adalah Becquerel, Bq

1 Bq = 1 peluruhan/ sekon

Jadi, 1 Ci = 3.7 x 1010 Bq

Satuan aktivitas yang secara umum sering digunakan mCi dan µCi

2/22/2017 50

ATURAN UMUM PROSES PELURUHAN

Proses perubahan suatu unsur menjadi unsur lain,

dinamakan peluruhan spontan (spontaneous decay)

atau transmutasi (transmutation)

Nomor massa unsur, A, kedua ruas persamaan

harus sama.

Nomor atom unsur, Z, kedua ruas persamaan juga

harus sama

Harus dipenuhi Hukum Kekekalan Massa-Energi

dan kekekalan Momentum.

2/22/2017

51

PELURUHAN ALPHA

Jika sebuah atom/inti memancarkan partikel alfa (alpha particle), maka akan kehilangan dua proton dan dua buah neutron N turun/berkurang 2

Z turun/berkurang 2

A turun/berkurang 4

Skema Peluruhan Alfa :

X dinamakan inti induk (parent nucleus)

Y dinamakan inti anak (daughter nucleus)

2/22/2017 52

HeYX 4

2

4A

2Z

A

Z

PELURUHAN ALPHA (ALPHA DECAY)

Peluruhan 226Ra

Umur paroh peluruhan ini adalah 1600 tahun.

Sisa mass berubah menjadi energi kinetik

Momentum dari kedua partikel sama dan geraknya berlawanan arah.

53

2/22/2017

HeRnRa 4

2

222

86

226

88

BETA DECAY

Pada peluruhan beta, inti anak (daughter nucleus) mempunyai jumlah nukleon yang sama dengan inti induk (parent), tetapi nomor atomnya berbeda satu.

Pemancaran (emisi) elektron tersebut berasal dari inti

Proses ini terjadi apabila neutron berubah menjadi proton dan elektron

Harus dipenuhi Hukum Kekekalan Energi

2/22/2017 54

PELURUHAN BETA – ENERGY ELECTRON

Energy yang dibebaskan pada peluruhan beta hampir semuanya menjadi energi kinetik elektron

Hasil Ekperimen menunjukkan bahwa beberapa elektron energi sebesar energi kinetik tersebut

Untuk menghitung kehilangan energi “missing energy”, pada 1930 Pauli, mengajukan keberadaan partikel lain.

Enrico Fermi menamakan partikel ini partikel neutrino

Sifat-sifat neutrino : Tidak bermuatan listrik

Massa lebih kecil dari elektron, tetapi tidak mungkin nol

Mempunyai Spin = ½

Interaksinya dengan materi sangat lemah

55

2/22/2017

BETA DECAY

Skema Peluruhan Beta

merupakan simbol dari neutrino merupakan simbol dari antineutrino

Dapat disimpulkan bahwa pada peluruhan beta dipancarkan pasangan partikel, yaitu : Elektron dan antineutrino Positron dan neutrino

2/22/2017 56

eYX

eYX

A

1Z

A

Z

A

1Z

A

Z

PELURUHAN GAMMA (GAMMA DECAY)

Sinar Gamma (Gamma rays) dipancarkan oleh inti yang tereksitasi dan kembali lagi ke tingkat energi yang lebih rendah (lower energy state)

Serupa dengan proses elektron yang berpindah “jumps” ke tingkat energi rendah dan memancarkan photon

Keadaan inti yang tereksitasi dihasilkan oleh lompatan “jumps” baik proton maupun neutron

Tingkat energi inti tereksitasi dapat disebabkan oleh tumbukan seperti pada pemancaran partikel alpha atau beta

Contoh peluruhan beurutan (decay sequence)

Tahap pertama pemancaran beta (beta emission)

Tahap kedua pemancaran gamma (gamma emission)

C* adalah inti Carbon dalam keadaan tereksitasi

Emisi Gamma, tidak merubah baik A maupun Z

2/22/2017 57

C*C

e*CB

12

6

12

6

12

6

12

5

REAKSI INTI (NUCLEAR REACTIONS)

Struktur inti dapat diubah dengan menembak

(bombarding) inti partikel energetik (energetic

particles)

Perubahan ini disebut nuclear reactions

Sebagaimana pada peluruhan inti, nomor atom

dan nomor massa pada kedua ruas persamaan

harus setimbang

2/22/2017 58

HARGA Q ( Q VALUES)

Energy must also be conserved in nuclear reactions

The energy required to balance a nuclear reaction is called the Q value of the reaction An exothermic reaction

There is a mass “loss” in the reaction There is a release of energy Q is positive

An endothermic reaction There is a “gain” of mass in the reaction Energy is needed, in the form of kinetic energy of the

incoming particles Q is negative

2/22/2017 59

REAKSI INTI

2/22/2017 60

Tentukan hasil/produk dari reaksi inti :

7 4

3 2 ?Li He n

Tentukan harga Q reaksi inti tersebut !

2/22/2017 61

Diketahui :

Reaksi inti

Tentukan :

Q = ?

Agar supaya reaksi setimbang, jumlah total nukleon

(A) pada kedua ruas sama. Jumlah proton Z juga harus

sama.

7 4 1 10X X

Maka harga Q reaksi adalah :

7 4 10

2 2 2.79nLi He BQ m c m m m m c MeV

3 2 0 5Y Y

Jumlah nukleon (A): Jumlah proton (Z):

Maka, diperoleh inti B (Boron), sehingga reaksi menjadi : 7 4 10 1

3 2 5 0Li He B n

7 4

3 2 ?X

YLi He n

Penyelesaian :

ENERGI AMBANG (THRESHOLD ENERGY)

Agar supaya memenuhi kekekalan momentum dan energi, partikel yang datang harus mempunyai energi kinetik minimal, yang disebut energi ambang (threshold energy)

m, massa partikel yang datang

M ,massa partikel target

Apabila energi ambang lebih kecil dari energi ambang, maka reaksi inti tidak dapat terjadi

2/22/2017 62

QM

m1KEmin

Reaktor daya fisi membangkitkan panas melalui reaksi fisi nuklir dari isotop fissil uranium dan plutonium.

2/22/2017 63

Reaktor thermal menggunakan moderator neutron untuk

melambatkan atau me-moderate neutron sehingga mereka

dapat menghasilkan reaksi fissi selanjutnya. Neutron yang

dihasilkan dari reaksi fissi mempunyai energi yang tinggi

atau dalam keadaan cepat, dan harus diturunkan energinya

atau dilambatkan (dibuat thermal) oleh moderator sehingga

dapat menjamin kelangsungan reaksi berantai. Hal ini

berkaitan dengan jenis bahan bakar yang digunakan reaktor

thermal yang lebih memilih neutron lambat ketimbang

neutron cepat untuk melakukan reaksi fissi.

Partikel Alfa (α) adalah bentuk radiasi

partikel yang dapat menyebabkan ionisasi

dan daya tembusnya rendah. Partikel

tersebut terdiri dari dua proton dan dua

netron yang terikat menjadi sebuah

partikel yang identik dengan inti Helium

(2He4).

Kestabilan inti tercapai jika :

Z < 20; atau

20 Z <83 tetapi n/p > 1

Jika salah satu tidak terpenuhi, maka untuk

mencapai kestabilannya inti akan meluruh

memancarkan radiasi [, , , n atau X ]

Zat yang memancarkan radiasi zat

radioaktif

HUKUM PELURUHAN

BERSIFAT STATISTIK :

Tidak diketahui dari nuklida yang mana

Peluruhan dalam waktu dt adalah = - dt

A(t) = dN/dt = N(t) = No e- t = Ao e- t

At = Ao e- t

= Konstanta Peluruhan

Apabila t = T1/2 maka

At = (1/2)n . Ao

AKTIVITAS JENIS

(Ci /gr atau Bq/gr ) = A SP

A SP = N = 0,693 / T ½ X 1 gr / A X NA

N = Jumlah Atom dalam 1 gram unsur

A = Nomor massa

NA = Bilangan Avogadro

JENIS RADIASI

1. Alpha (+) : 2He4 ZXA Z-2 Y A-4 +

2. Beta (+) : 1e0 ZXA Z-1 Y A + +

3. Beta (-) : -1e0 ZXA Z+1 Y A + -

4. Neutron ( ) : 0n1 ZXA Z Y A+1 + n

5. Gamma ( ) : ZXA Z X A +

ISO… ZXA

Isotop : Z sama; A berbeda; sifat kimia sama

29Cu63 dan 29Cu65

Isoton : Z berbeda; neutron sama

12Mg26, 13Al27 dan 14Si28

Isobar : A sama; Z berbeda

14Si31, 15P31 dan 16S31

SIFAT – SIFAT RADIASI ALFA

BERMUATAN BESAR (+2e)

DIBELOKKAN MEDAN LISTRIK DAN MAGNET

MENGIONKAN ZAT YANG DILALUINYA

DAYA IONISASI SANGAT BESAR

JARAK JANGKAU KECIL 3,4 – 8,6 cm

MUDAH DIHAMBAT : CUKUP DENGAN SELEMBAR

KERTAS

BERKECEPATAN 1/100 – 1/10 C (KEC.CAHAYA)

SIFAT – SIFAT RADIASI BETA

2 JENIS : - (Elektron) dan + (Positron)

(MASSA SAMA BERMUATAN BERBEDA)

DAYA IONISASINYA 1/100

DIBELOKKAN MEDAN LISTRIK & MAGNET

MUDAH DIHAMBUR DALAM MEDIUM

BERKECEPATAN 1/100 – 99/100 C

SIFAT – SIFAT RADIASI GAMMA

TIDAK BERMASSA DAN TIDAK BERMUATAN

TIDAK DIBELOKKAN MEDAN LISTRIK DAN

MAGNET

BERENERGI TINGGI ( >ENERGI SINAR-X )

DAYA TEMBUS SANGAT BESAR

DAYA IONISASI KECIL

SIFAT – SIFAT RADIASI NEUTRON

Tidak Bermuatan

Tidak Dibelokkan Medan Listrik Dan Magnet

Daya Tembus Bergantung Pada Energi

Laju (Energinya) Diturunkan Jika Bertumbukan

Dengan Atom Seukuran, Mis. Hidrogen Yang

Terdapat Dalam Air Atau Polimer

Pada Energi Tinggi Tertentu, Dapat Mengubah

Zat Yang Dilaluinya Menjadi Zat Radioaktif

SIFAT RADIASI

Radiasi Proses Catatan

Alpha Tumbukan In-Elastik Dengan

Kumpulan Elektron

Eksitasi Dan Ionisasi

Beta

Tumbukan In-Elastik Dengan

Elektron

Perlambatan Karena Medan Inti

Eksitasi Dan Ionisasi

Bremstrahlung

Gamma

1. Foto Listrik

2. Efek Compton

3. Produksi Pasangan

Photon Di Serap

Semuanya

Sebagian Diserap

Sebagian Diserap

Netron

Pantulan Elastik

Pantulan In-Elastik

Proses Penangkapan / Transmutasi ---

SIFAT RADIASI BERDASARKAN DAYA

TEMBUS/JANGKAU

Radiasi Massa Muatan

Daya

Jangkau

Udara

Daya

Jangkau

Tubuh

Alpha 4 +2 0 – 0,1 m 0,4 mm

Beta 1/1840 -1 / +1 3m 5 mm

X / 0 0 Jauh Menembus

Ncepat 1 0 Jauh Menembus

Nlambat 1 0 jauh 0,15 m

DAYA TEMBUS / IONISASI

/ x

n

DAYA TEMBUS DAYA IONISASI

Interaksi Sinar X / dengan Materi

Energi Radiasi

Kerapatan Elektron / Jumlah Atom (Z)

e- Ek

photon

EFEK YANG TERJADI

1. Efek Fotolistrik : 0,1 Mev < E Photon 0,5 Mev

Eksitasi Elektron (E) = Ek’ = Ek

- Kulit Terluar

- Kulit Didalamnya : Sinar-X Karakteristik / Fluoresen

2. Efek Compton : 0,5 Mev < E Photon 1,02 Mev

Eksitasi Elektron (E) + Ek’ = Ek

3. Efek Produksi Pasangan : E Photon > 1,02 Mev

Elektron + Positron = Anihilasi ()

Radiasi Gamma/ Sinar X

Medium Udara masa dM

Pengertian Dasar

• Definisi Kemampuan radiasi foton ( sinar x atau gamma) untuk

menimbulkan ionisasi di udara dalam volume tertentu

Hanya berlaku untuk sinar X/gamma dan medium

udara

dQ = Jumlah pasangan ion yang

terbentuk di udara

dm = Massa udara dalam volume

tertentu (NTP) dm

dQ x

• Satuan paparan :

SI : Coulomb/kilogram

Pengertian :

1C/kg adalah besarnya paparan yang dapat

menyebabkan terbentuknya listrik sebesar

satu coulomb di dalam udara normal (NTP) dengan massa 1 kg

Satuan lama : Rontgen (R)

1R = 1 esu /gram = 2,58 x 10 -4 C/kg

Semua jenis radiasi Semua jenis medium

massa dm

menyerap

energi

DOSIS SERAP =

1. Pengertian Dasar

Definisi Energi rerata yang diserap bahan per satuan massa

bahan

Berlaku untuk semua jenis radiasi dan semua jenis

bahan

dE = Energi yang diserap oleh

bahan

dm = Massa bahan dm

dE D

Satuan dosis serap : Satuan SI : Gray

Pengertian : 1 gray = energi rerata sebesar 1 joule yang

diserap oleh bahan dengan massa sebesar 1 kg

1 Gray = 1 Joule/kg bahan

Satuan lama : Rad

1Rad = 100 erg/gram = 100 -1 Gray

1 erg = 10−7J= 100 nJ Ergon: usaha

Semua jenis radiasi

Satu jenis

organ/ jaringan

kulit

kulit

kulit

kulit

efek yang timbul berbeda

Wr ( )

Wr ( )

Wr ( )

Wr (x) berbeda

1. Pengertian Dasar

• Definisi Dosis ekivalen adalah besar dosis serap dikalikan dengan faktor bobot radiasi .

• Satuan dosis ekivalen Satuan SI : Sivert ( Sv ) Satuan lama : Rem

H = dosis ekivalen

D = dosis serap

Wr = faktor bobot radiasi

1 Sivert - 100 rem

R w D H

Jenis radiasi

yang sama

( Dosis Ekivalen Sama )

Efek pada setiap

organ/ jaringan

BERBEDA

W T berbeda

Beberapa / semua

organ/ jaringan

W T

paru - paru

W T

kulit

W T

usus

1. Pengertian Dasar

• Definisi Dosis efektif adalah dosis ekivalen (H) dikalikan

dengan faktor bobot organ/ jaringan (W T ). atau

dosis serap (D) dikalikan dengan faktor bobot radiasi (W R ) dan faktor organ/ jaringan (W T ).

Satuan

Sistem SI : Sievert

Satuan lama : Rem

T R

T T

W W D

W H E

Curie ke Becquerel Becquerel ke Curie

1 μCi = 37 KBq 1 Bq = 27 x 10-11 Ci

1 mCi = 37 MBq 1 KBq = 27 x 10-3 Ci

1 Ci = 37 GBq 1 MBq = 2,7 x 10-5 Ci = 27 μCi

103 μCi = 37 TBq 1 GBq = 2,7 x 10-2 Ci = 27 mCi

1 TBq = 27 x 10 Ci = 27 Ci

SURAT KEPUTUSAN KEPALA BAPETEN NO. 1/KA.BAPETEN/99

No. 4/2013

1. membatasi peluang terjadinya akibat stokastik

2. mencegah terjadinya akibat non stokastik

(deterministik)

1. Justifikasi : manfaat > risiko

2. Limitasi : < NBD (nilai batas dosis)

3. Optimasi : ALARA

Nilai Batas Dosis (NBD) adalah penerimaan dosis yang

tidak boleh dilampaui dalam setahun, tidak bergantung

pada laju dosis, baik dari penyinaran eksterna maupun

interna, tetapi tidak termasuk penerimaan dosis dari

penyinaran medis dan penyinaran alam

1. Pekerja radiasi seluruh tubuh : 20 mSv (2 rem)

2. Wanita usia subur

13 mSv (1,3 rem) dalam jangka waktu 13 minggu pada abdomen

3. Wanita hamil

10 mSv (1 rem) pada janin terhitung sejak mengandung hingga bayi lahir

4. Penyinaran lokal : rata-rata 500 mSv (50 rem) - lensa mata : 150 mSv (15 rem) - kulit : 500 mSv (50 rem) - tangan, lengan, kaki & tungkai : 500 mSv (50 rem)

5. Penyinaran khusus direncanakan tidak boleh melebihi - dua kali NBD dalam setahun - lima kali NBD untuk seumur hidup

6. Magang dan siswa

- > 18 tahun : = NBD pekerja radiasi - 16 - 18 tahun : = 0,3 NBD pekerja radiasi - < 16 tahun : = 0,1 NBD masyarakat umum/th, 0,01 NBD masyarakat umum 7. Masyarakat umum

seluruh tubuh, penyinaran lokal, lensa mata, kulit, tangan, lengan, kaki dan tungkai : 0,1 NBD pekerja radiasi

8. Masyarakat secara keseluruhan Setiap Pemegang Ijin (PI) harus menjamin

kontribusi penyinaran yang berasal dari instalasinya kepada masyarakat serendah mungkin, dan dilaporkan pada instansi yang berwenang (BAPETEN)

1,3325 MeV

0,6616 MeV

γ1

00

27Co60 T½=5,2

26 th β 1 (99%)

β 2

(1%)

2,5057 MeV

γ1

γ2

00

28Ni60

stabil

55Cs137 T½=30

th β 1

(95%)

β2

(5%)

56Ba137

PROSES PELURUHAN BERTINGKAT

Misalkan N1 adalah inti atom radio aktif dengan tetapan peluruhan meluruh menjadi inti atom baru N2 dengan tetapan peluruhan 2, meluruh lagi menjadi inti atom stabil N3. jika di analogikan dengan sutu generasi maka inti atom ke-1 disebut dengan inti atom induk, generasi ke-2 disebut inti atom anak dan generasi ke-3 inti atom cucu. Seperti di sajikan pada gambar.

2,

Induk Anak Cucu

radioaktif radioaktif stabil

1

N1 N2 N3

1

Pada saat awal t = 0, N1 = N10, N2 = N3 = 0.

Setelah selang waktu dt, maka laju

perubahan inti anak,induk dan cucu

memenuhi :

1. Kesetimbangan Transien (Transient Equilibrium)

1 < 2 : umur rerata unsur induk daripada unsur

anak luruh.

2 < 1 : setelah waktu tertentu, unsur anak

(daughter) akan meluruh dengan laju

peluruhannya sendiri.

Berpijak pada persamaan :

B. KESETIMBANGAN RADIO

AKTIVITAS

2. Kesetimbangan Sekuler/Permanen (Permanent or Secular Equilibrium)

Berdasarkan peluruhan berturutan/ bertingkat

Apabila half life (umur paro) unsur induk sangat lama, jika dibandingkan dengan

unsur anak luruh, 1 << 2, maka persamaan di atas tereduksi menjadi :

Sebab : 2 - 1 2 , dan e-1

t 1

Selanjutnya waktu peluruhan, t sangat lama dibandingkan dengan inti anak, yaitu t >> 1/2,

teNN 2110

2

12

tteeNN 21

10

12

12

maka e -2t , dapat diabaikan/dihilangkan

Persamaan kesetimbangan sekuler menjadi ;

Yang berarti jumlah N2 atau keberadaan inti

anak konstan. Unsur anak luruh disebut dalam

keadaan “ kesetimbangan permanen/sekuler”

dengan unsur induk.

Apabila umur paro unsur anak sangat lama,

maka jumlahnya hampir konstan, yaitu N10 =

N1, sehingga :

Kondisi “permanent or secular

equilibrium”menjadi

1

2

12 NN

2211 NN

211221 /// NN

atau

10

2

110

2

12 01 NNN

Dalam proses peluruhan radioaktif, nomor massa A inti induk akan berubah dengan 4 satuan (peluruhan alfa) atau A tidak berubah (peluruhan beta). Karena itu nomor massa A dari isotop-isotop anggota peluruhan berantai, pasti meluruh dengan kelipatan 4. Dengan demikian ada empat deret yang mungkin dengan nomor massa A, yang dapat dinyatakan dengan rumus 4n, 4n + 1, 4n + 2, 4n +3, dengan n adalah bilangan bulat.

Masing-masing deret radioaktif diberi nama dengan inti induknya. Deret radioaktif 4n + 2 diberi nama deret uranium. Deret radioaktif 4n + 3 diberi nama deret aktinium. Deret 4n diberi nama deret deret Thorium dan deret 4n + 1 diberi nama deret Neptunium.

C. DERET RADIOAKTIV

SOAL

Buat grafik peluruhan dari induk :Ba 140 (t1/2

= 12,8 hari, dan anak : La-140 (t11/2: 40 jam)

Buat grafik peluruhan untuk induk Cs-137

(t1/2= 30 th) dan anak Ba-137 (t1/2= 2,6

menit)

Seseorang dikatakan menderita sindrom

radiasi akut ketika dirinya terpapar radiasi

selama beberapa waktu. Bisa saja dalam

hitungan menit.

Gejala awal dapat dirasakan beberapa

menit hingga beberapa hari setelah

seseorang terpapar radiasi. Gejala

tersebut dapat berupa muntah-muntah,

diare, dan mabuk atau pening. Gejala ini

dapat berlangsung hingga hitungan hari.

Setelah gejala awal hilang, seseorang kembali

bugar. Namun, tak lama kemudian, orang

tersebut akan menderita kembali. Bahkan,

kali ini lebih parah. Gejalanya dapat berupa

kelelahan, demam, kehilangan nafsu makan,

muntah, dan diare. Tahap ini dapat

berlangsung selama beberapa bulan.

Kerusakan pada kulit akibat radiasi dapat

timbul dalam hitungan jam. Hal ini dapat

bertahan hingga hitungan tahun, tergantung

seberapa parah seseorang terpapar radiasi.

Gejalanya, kulit terasa perih dan bahkan

terasa seperti terbakar.

Rambut pun dapat menjadi rontok akibat radiasi.

Terpapar radiasi dapat saja berujung pada kematian,

tergantung tingkat keparahannya. Biasanya, pada

banyak kasus, kematian terjadi beberapa bulan

setelah seseorang terpapar radiasi. Kematian

diakibatkan rusaknya tulang sumsum, infeksi, atau

pendarahan.

Seseorang yang selamat dari sindrom radiasi akut

dapat terus merasakan gejala hingga dua tahun

setelah terpapar.

Perawatan yang dilakukan bagi seseorang yang

terpapar radiasi terdiri dari tindak pencegahan dari

kontaminasi lebih lanjut, mengurangi gejala sindrom,

dan penyembuhan organ yang rusak akibat radiasi.