RADIO FARMASI (2 SKS)

1

Materi KuliahPeluruhan radioaktifProduksi radioisotopSediaan radiofarmasiSterilisasi radiasiSterilisasiInteraksi radiasi dengan materiEfek radiasi pada materiPengawetan makananRadiofarmasi rumah sakit

2

BukuBuku Ajar Radiofarmasietc

3

Daftar pustaka Radio Farmasi

Marcia Hartman, M.S. 2005, University of California. Davis Medical Center The Role of the Medical Physicist in Preparing for Radiation Disasters

Williams and Wilkins. 1994, The Essential Physics of Medical Imaging, Baltimore

IAEA 2007,training material on radiation protec tion in diagnostic and interventional radiology, X ray production

Nahla S. Barakat 2008,Design and safety handling,College of Pharmacy, King Saud University

Abdul Jalil Amri Arma 2004, Zat Radio Aktif Dan Penggunaan Radio Isotop Bagi Kesehatan

Hobart H, Lyne L,M.Jr.John A.D, Frank. A.S.Jr. 1988 Instrmental Method of Analysis, Radiochemical Methods, (398-4210, Ward Wood Publishing co. USA.

4

Materi Kuliah Radio Farmasi

hari ini (Ke I dan ke II)

5

A. PENDAHULUAN

6

Radiofarmasi adalah senyawa radio aktif yang digunakan untuk diagose, pengobatan, terhadap penyakit manusia dan untuk kepentingan analisis

Untuk mengenal radiofarmasi harus diketahui tentang radio aktif dan radio isotop, sehingga didefinisikan bahwa radio isotop adalah senyawa atau unsur yang dapat memancar kan partikel atau radiasi elektromagnetik dari inti melalui peluruhan radioaktif.

Dikenal juga dengan radionuclide, karena memang spesifik memancarkan proton atau elektron dari dalam inti suatu elemen atau unsur.

I N T IBagian Atom :

Elektron Proton Netron

Jumlah proton (Z) sama dengan jumlah elektronJumlah netron (N)Jumlah Nukleon A = Z + N, sehingga dapat ditulis

atau

7

8

9

SimbolBiasanya ditulis N diiringi simbol kimia dan

N, A adalah jumlah massa, dari nukleus, Z adalah jumlah proton dalam nukleus, sedangkan simbol kimia (nama unsur) N adalah jumlah netron dalam nukleus.

Contoh 126 C6, artinya atom C jumlah massa

=12 (BA), dan proton 6, dan neutron 6, tetapi isotop radio aktif C-14, dapat ditulis 14

6C8, atau juga ditulis 14C.

Nuklei dengan jumlah proton sama tetapi jumlah netron bervariasi disebut isotops, contoh isotop adalah C-11, C-12, C-13, dan C-14. Dengan proton masing 6, 6, ;7 dan 8,

Simbol

10

Isoton Adalah unsur(nuklei) yang mempunyai

neutron sama, tetapi protonya bervariasi. Contoh helium 32He1, dan isotop hidrogen 21 H1, (deuterium).

IsobarsAdalah nuklei yang berisi proton mapun

netron dengan jumlah yang sama. Misalnya 3He dan 3H. (tritium). juga antara 14C dan 14N.

Beberapa unsur atau nuklei mempunyai berbagai isotop seperti yang terjadi pada atom karbon, terlihat dalam tabel berikut.

Isotop dari atom karbon

11

Jml proton Jml.neutron Total

(A+Z)Katagori

6

6

6

6

6

6

6

6

6

3

4

5

6

7

8

9

10

11

9

10

11

12

13

14

15

16

17

Sangat tak stabil

Tak stabil

Tak stabil

Stabil

Stabil

Tak stabil

Tak stabil

Tak stabil

Sangat tak stabil

12

Kadar isotops, berbeda tergantung pada elemennya: Contoh atom karbon isotop 12C dan 14C, masing-masing dengan kadar 98,9 %, dan 1.11%., 2H, dan 1H, (99,9% dan 0,1%),14N, dan 15N ( 99,64 % dan 0,36%)

Oksigen 16O, dan 17O,dan 18O, 99,8, 0,04,dan 0,02%)

Isotop 14C, dapat diproduksi dengan jumlah sangat kecil menggunakan bombardemen, demkian pula 3H. Unsur yang penting dalam kepentingan biologis adalah 40K, dan ternyata ditemukan 0,01%, isotop K ditemukan dalam sistem kehidupan.

Radio isotop untuk kepentingan penelitian biologis, pengobatan maupun diagnose dapat dibuat sintetik.

13

Tabel persentase senyawa isotop dan

massa relatif terhadap 12 CUnsur Persen Massa Isotop Persen Massa1H12C14N16O19F28Si31P32S35Cl79Br127I

99.985

98,9

99.64

99.8

100

92.2

100

95.0

75.8

50.5

100

1.0007825

12.0000

14.00374

15.998405

18.999180

27.979769

30.972063

31.972074

34.968855

78.916344

126.904352

2H13C15N17O18O29Si30Si33S34S37Cl81Br

0.0151.1

0.360.040.024.73.1

0.764.2

24.249/5

2.01410213.0335415.00010

816.99916

017.99916

028.97376

129.7376132.96714

533.96786

536.96589

680.91634

4

B. PELURUHAN RADIO AKTIF

14

Peluruhan RA, dan dengan segala tipenya sangat berguna untuk kepentingan analisis maupun diagnostik dan penelitian yang menggunanakan larutan yang encer. Peluruhan dibedakan menjadi:

a. Peluruhan alfa. Peluruhan tipe ini terjadi pada usnsur yang

berat seperti uranium dan thorium. Partikel alfa, merupa kan tiruan helium karena mempunyai dua neutron dan dua elektron, yang daya tembusnya kecil.

Radiasi alfa dapat dibedakan dengan radiasi beta, dengan cara filtrasi yang mengabsorbsi sianar alfa tetapi membiarkan sinar beta untuk diukur.

15

Pelepasan alfa = pelepasan helium 238

92U 23490Th + 4

2He,Thorium yang dihasilkan massa turun 4, dan

dengan nomer atom turun 2 unit. Sinar mudah diukur karena massa dan muatan besar.

Sifat yang lain sinar alfa ini sulit menetrasi kedalam material karena masa dan muatannya. Sehingga pancarannya tak terus menerus,atau dapat dihalangi

Identifikasi sinar alfa dapat dengan mengukur lamanya atau panjanggya penetrasi kedalam sebuah meterial terutama dalam udara.

Sinar alfa tak efektif untuk menghasilkan radio isotop yang lain, karena daya penetrasi rendah.

16

b. Peluruhan beta Partikel beta mempunyai energi elektronik yang

tinggi (positron), bila radiasi bermuatan negatif dinamakan negatron, merupakan hasil peluruhan dari neutron yang menghasilkan proton, negatron dan antineutron.

Persamaan: N P + - e. (peluruhan negatron)

Negatron seperti halnya orbital elektron, berada setelah melepaskan tenaga kinetiknya yang kemudian akan bersinggungan dengan ion positif sebagai orbital elektron. Emisi negatron terlihat sebagai berikut:

32P - + 32S (peluruhan negatron) Radio aktif stabil.

17

Peluruhan beta dapat terjadi pada 13N+ + 13C RA stabilPositron telah dilepaskan dan telah

melepaskan energi kinetiknya kemudian berinteraksi dengan elektron yang menghasilkan satu jenis sinar beta dengan tenaga 0,51 MeV.

Negatron adalah penting dalam perhitungan scintilation (kedipan atau tetesan ) cairan.

Dalam sistem biologis, radionukleitide yang penting adalah 3H, dan 14C, keduanya dapat melepaskan sinar beta.

18

Negatron dan neutron,yang melepaskan sinar beta mempunyai energi yang dapat dihitung dan dikarakterisasikan sebagai radio nukleid.

Spektrum dari energi sinar beta dapat diukur dalam ploting antara besarnya tenaga yang dipancarkan dengan jumlah elektron.

19

KeteranganSpektrum peluruhan14C terlihat pada gambar

diatas, bahwa Emaks (jumlah terbesar) untuk peleruhan beta dari 3H berbeda dengan Emaks untuk 14C. Sehingga dapat digunakan untuk karakterisasi.

Emaks untuk 3H= 0,019 MeV, untuk 14 C =0,048, MeV sedangkan untuk 38Cl =0,481 MeV.

Braking radiation, adalah fenomena peluruhan sinar beta, bila negatron melewati ion positif terjadilah interaksi elektrostatik dan tenaga kinetik negatron hilang yang dipancarkan sebagai sinar

20

Pancaran sinar beta menghasilkan partikel dengan yang terus menerus, diudara tak tertahan dengan energi terlihat dari nol sampai puncak maksimumnya sehingga dapat digunakan untuk identifikasi unsur.(slide 13)

Massa beta hanya sebesar 1/7000, dari partikel alfa, sehingga lebih mudah membus udara, karena itu tak mudah untuk dianalisis jalannya sinar.

Sinar beta diudara sulit diukur karena cepatnya dan mungkin terjadi penyebaran perambatan. Sehingga dapat diketahui dengan material penyerabnya seperti aluminium, untuk menhentikan pancaran sinar beta yang dinyatakan mg/cm2.

21

c. Peluruhan gammaPeluruhan sinar gamma ditandai dengan

pelepasan proton dengan tenaga tinggi atau dengan panjang gelombang yang pendek.

Sinar gamma dalam kondisi tepat dapat diukur dengan cara perhitungan scintillations,

Sinar gamma ini dapat diinterferensi oleh sinar alfa maupun sinar beta, tetapi dapat diatasi dengan filtrasi menggunakan lempeng tipis dari aluminium.

Sinnar gamma dapat digunakan untuk analysis berba gai senyawa kimia terutama logam.

Gelombang sinar gamma hampir mendekati sinar X, dan sinar gamma lebih kecil lamdanya.

Pembeda sinar radio aktifGambar pancaran RA

22

C. CIRI SINAR RADIOAKTIF GAMMA

23

Sinar gamma mempunyai daya penetrasi yang tinggi, berbeda dengan sinar alfa dan beta bila menumbuk materi akan kehilangan tenaganya, dan kembali ke tingkat dasar. Sedang sinar gamma dapat menembus mater/logam dan dapat melepas kan sinar gamma dari logam bersangkutan

Artinya sinar gamma dapat dihasilkan oleh peluruhan alfa dan beta yang kembali ke tingkat dasar (relaksasi nukleus), sehingga berbeda dengan sinar X, yang merupakan hasil relaksasi dari elektronik

Seperti halnya sinar gamma masing-masing unsur sangat khusus sehingga dapat digunakan untuk identifikasi.

24

Sinnar gamma yang berinteraksi dengan material, dapat kehilangan energinya dengan tiga cara:

a). Tenaga sinar gamma akan hilang terabsorbsi oleh elektrom atom yang terkena sinar gamma, misalnya pada K terutama untuk sinar gamma berenergi rendah, sehingga menimbulkan fotoelektrik

b). Semua tenaga sinar gamma dikonsumsi oleh elektron yang terradiasi tetapi tidak ikut memnambah energi elektron sehingga dinamakan Compton effect

c). Bila sinar gamma foton, mempunyai energi yang cukup tinggi (minimal 1,02 MeV), akan memungkinkan terjadi sepasang elektron dan positron dalam lingkungan sekitarnya.

1. Kapan suatu isotop stabil, dan mengapa ada yang tidak stabil?Radioakti isotope Akirnya dapat jadi Isotop yang stabil“RULES”A. Semua inti yang > 84 protons tidak stabil,(nukleus terlalu

besar, terlalu banyak proton)B. Sangat Stabil: Atom dengan jumlah elektron 2, 8, 20, 50, 82

or 126C. Isotop den gan Proton=Neutron lebih stabil

# of neutrons

# of protons

unstable

unstable

Belt of stability80

025

D. KECEPATAN PELURUHAN RA

26

Kecepatan peluruhan nukleus adalah tetap dan kataristik untuk setiap nukleus.

Proses kimia kecepatan peluruhan tak tergantung pada suhu, aturan aksi masssa, dan parameter lain yang umumnya berpengaruh pada perubahan kimia dan fisika senyawa kimia

Peluruhan RA mengikuti order pertama, sepeerti kecepatan RA tergantung dari kadar nukleus RA yang dirumuskan:

dN — = N (2) dt

Proses Peluruhan

27

32P = 14.3 hari 128I (25 menit)

`

32 S 128Xe

-1,71 MeV - -2,12 MeV

24 Mg

56 Mn(2,58Hr)

-2,75 MeV

1,37 MeV

24 Na(15,0) Hr.

-1,39 MeV

- -

-2,85 MeV 50% 1,811 MeV

29%2,110 MeV 15%

56 Fe

Tabel t1/2 elemen yang penting dalam Biologis

28

Tabel

T1/2 untuk yang pendek dapat digunakan pengukuran peluruhan mengukur satu pereiode.

Nukleid t1/2 Nukleid t1/2

131I135I32P59F35S22Na

8,05 Hari

60 hari

14,28 hari

45,6 hari

87,9 hari

2,62 tahun

60Co3H90Sr11C14C36Cl63Ni

5,26 th

12,6 th

27,7 th

20,3 th

5730 th

3,08 x 105 th

92 TH.

29

Untuk senyawa yang t1/2 sangat panjang menggunakan persamaan 3.

Satuan lain yang lebih kecil dari Curie adalah:Milli Curie ( mCi) =3,70 x 107, dps =2,220x109 dpmMikro Curie(Ci) = 3,7 0x104 dps =2,220x106 dpmNano Curie(nCi) = 3,7 0x101 dps =2,220x103 dpmPiro Curie(pCi) = 3,7 0x10-2 dps =2,220x100 dpmPiko Curie (pCi) sering dituliskan Ci, (mikro

mikro Curi).Satuan ini untuk menyatakan radioaktivitas yang

sangat kecil misalnya air murni

30

Sinar X didefinisikan sebagai sinar elektro magnetik dengan gelombang pendek, yang dihasilkan decelation dengan elektron bertenaga tinggi, atau dengan terjadinya transisi elektronik bagian dalam ke orbital yang lebih luar, dan kembalinya ke orbital yang lebih dalam akan memancarkan sinar X

Panjang gelombang sinr X antara 10-5 sampai 100 A0 atau antara 0,1A0 sampai 25 A0

Sumber Sinar X diproduksi secara terus menerus atau teputus-putus.

Spektra yang berkelanjutan dari sumber dengan pemanasan katode yang melepaskan dan menem- baki elektrode, yang besarnya sampai 100kV,

Terjadinya sinar X

31

Karena tabrakan tersebut tenaga dari berkas dapat terkonversi menjadi sinar X ang menjadi sinar yang tak putus (spektrum tak terputus)

32

33

Rumus dari energi foton hasil pelepasan dari elektron ke kenitik nol, pada tumbukkan tunggal dirumuskan:

hc h0= — = Ve (1) o

Ve adalah tenga yang terjadi dipancarkan dan muatan elektron. Atau energi dari semua elektron dalam berkas elektron.

h =tetapan Plank, c= kecepatan cahaya, 0 adalah frekuensi maksimum dari radiasi yang

ditimbulkan pada tenaga sebesar V. Sedangkan o adalah panjang gelombang yang rendah pada radiasi dalam keadaan terkecil. (limit). Rumusan korelasi ini dinamakan Hukum Duane-Haunt.

Kalau semua tetapan dimasukan maka o = 12398 Ao

Karasteritik dari sinar X

34

Pada slide 23, terlihat hasil bombardemen molibdenun, menghasilkan emisi garis pada 0,63 Ao dan 0,71A0. Juga terjadi pada panjang gelobang 4 sampai 6 A0.

Molibdenun adalah salah satu contoh unsur dengan no. Atom lebih besar dari 23, mempunyai dua seri sepektra.

Pada lambda pendek dinamakan seri K dan yang lain dinamakan seri L. Elemen yang mempunyai nomer atom lebih kecil dari 23 hanya akan menghasilkan emisi K, sedangkan yang lebih besar akan meng hasil kan seri K dan L.

Berbeda dengan wolframat atau tungstat (42), tak menghasilkan spektra dari 0,1-1,0 Ao, walaupun diberi tenaga 50 kV Tetapi akan muncul pada K (0,18-0,21) bila 70 kV. ( slide 23)

Tabel panjang gelombang sinar X beberapa elemen

35

Unsur No. AtomUnsur No. Atom Seri K Seri L

Ao Ao Ao Ao

NaKCrRbCsWU

11192437557492

11.9093,7422,2900,9260,4010,2090,126

11,6173,4542,0850,8290.3550,1840,111

- -21.714 7,318 2,892 1,476 0,911

- -21.3237,0732,6831,2826.720

F. SATUAN AKTIVITAS RADIOAKTIF

36

Curie (Ci) adalah satuan standard dari radoaktivitas, yang diadefisikan:

Ialah jumlah elemen atau unsur radioaktif dapat menghasilkan 1 g radium 226 tiap sekon (detik).

Pada th 1950, difinisi satu Curie adalah 3,700 x 1010 selama satu sekon (dps), atau 2,220 x 1012, (dpm), yang diadopsi dari Internasinal Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), dan Internasional Union of Pure and Applied Physics (IUPAP).

Satuan tersebut merupakan satuan mutlak dari proses disntregasi elemen (atau peluruhan RA).

37

Untuk senyawa yang t1/2 sangat panjang menggunakan persamaan 3.

Satuan lain yang lebih kecil dari Curie adalah:Milli Curie ( mCi) =3,70 x 107, dps =2,220x109 dpmMikro Curie(Ci) = 3,7 0x104 dps =2,220x106 dpmNano Curie(nCi) = 3,7 0x101 dps =2,220x103 dpmPiro Curie(pCi) = 3,7 0x10-2 dps =2,220x100 dpmPiko Curie (pCi) sering dituliskan Ci, (mikro

mikro Curi).Satuan ini untuk menyatakan radioaktivitas yang

sangat kecil misalnya air murni

Interaksi antara neutron dan elemen/unsur

38

Sumber neutron untuk aktivasi RA dapat diperoleh dari beberapa cara:

1). Menggunakan peluruhan RA yang mempunyai t1/2 yang hanya mengeluarkan proton dan elektron. Dapat dilakukan dengan baik dalam reakstor bila mempunyai tenaga sebesar 1 keV. (untuk yang lamban), sedangkan yang cepat digunakan tenaga lebih besar hampir 0,5 MeV.

2). Dengan penggunaan pemansan, neutron yang dikeluarkan sebesar 0,025 eV. Yang banyak digunakan, Terutama untuk kepentingan analisis, dengan arus sebesar 1011 sampai 1014 n/cm2secon. Dapat menganalisis unsur dengan kadar 10-3 – 10 g

39

Cara: memberikan irradiasi kedalam reaktor yang menggunakan larutan encer misalnya air, atau dutereum oksida. Sehingga terjadinya interaksi ada dua hal.

1. Penangkapan neutron:23

11 Na + 1

0n 2411Na + dapat juga

ditulis 23

11 Na ( n, ) 24

11Na , produk penangkapan ini tak stabil berubah jadi:

2. Pelepasan Radiasi24

11Na 2412Mg + -

CARA AKTIVASI RA (MENGHASILKAN RA)

40

Bila unsur atau elemen diekspose (irradiasi) pada sebuah aliran neutron maka kecepatan terjadinya unsur radioaktif dirumuskan:

dN* ——= N ( 7) dtdN*/dt adalah kecepatan pembetukan RA

suatu elemen, dalam nukleus tiap sekon, N adalah target dari suatu atom, = fluks atau berkas aliran neutron purata tiap cm2/sekon. Dan kemampuan penang kapan dari target atom cm2/atom.

41

Radio aktif yang terbentuk dapat mengalami peluruhan yang dirumuskan:

-dN* ——= N* (8) dtPersamaan tersebut berlaku dalam keadaan

pancaran neutron yang seragam sehingga kalau digabungkan dengan partikel yang aktif terjadi persamaan:

dN* —— = N (9) dt net Bila persamaan dalam diintregrasikan dari

0 dari t: N* =—— [ I-exp - t)] (10)

42

Rumus baru: dengan cara masukan t1/2 = 0,693/ maka`

N* = 1-ex p - (11) (slide 24)Maka akir dari radiasi dari N* sesuai dengan N* = Kalau harga 1-exp - = S maka dapat dituliskan N* = N S S dinyatakan sebagai saturation factor

(faktor kejenuhan).Maka keadaan aktivitas isotop yang dihasilkan

dari radiasi dapat digambarkan sebagai berikut:

Faktor kejenuhan

Efek dari aliran netron pada aktivitas sampel

43

Aliran netron tinggi

Unsur yang dapat diaktifkan

44

Unsur kimia yang dapat diaktifkan menjadi radio aktif untuk dianalisis maupun untuk penggunan lain terdapat 69 Unsur. Antara lain:

Logam alkali seperti Na, K, Rb, dan Cs. yang bervalensi 2. Mg, Ca, Sr, dan Ba.Logam transisi seperti: Sc, Ti, V, Mn, Co, Ni,

Cr, Zn, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, Hf, Ta, W,

Re, Os, Ir, Pt, Au.Pb, Bi. Sb, Logam valensi III, Al, Ga, In,Non metal : Si, Ge, Sn, P, As,, P, S, dan

halogen sepeti F, Cl, Br, dan I masih banyak lagi (Skoog 1988)..

45

Unsur Lain seperti (Oksigen, Nitrogen, Carbon, Yetrium) dapat digunakan generator aktivasi netron cepat..

Aktivasi metal ini dapat dilakukan dalam Alloys, archelogical (dalam tanah), semikonduktor dan sampel biologis, juga pada batuan, dan air.

Hasil aktivasi tersebut dapat juga digunakan analisis kimia forensik. Seperti keracunan As, Hg, Pb.

Cara ini tanpa melakukan distruksi senyawa, seperti halnya Atomic absorption Spectroskopy. Hal tersebut sangat bermanfaat.

Juga untuk uji kelumit logam dalam polusi.

G. PENGAKTIVAN SUMBER RADIO AKTIF

46

Analisis Pengaktifan Neutron Cepat (APNC)

a.) Teori DasarTeknik pengaktifan neutron cepat ditemukan

pada tahun 1936 oleh George Hevesy, seorang ahli kebangsaan Hongaria ketika beliau mencoba menentukan impuritas disporsium dalam sampel ytrium dengan jalan menembaki sampel tersebut dengan neutron (Susetyo, 1988).

Analisis pengaktifan neutron cepat merupakan analisis unsur berdasarkan reaksi inti antara neutron dengan unsur tertentu yang stabil yang dapat menghasilkan unsur radioaktif yang memancarkan radiasi, dan umumnya radiasi gamma.

47

Energi gamma yang dipancarkan oleh radioisotop (inti tidak stabil) boleh jadi berasal dari jenis reaksi berikut : (n, p) adalah reaksi neutron menghasilkan proton.

Jenis (n, 2n) adalah reaksi neutron menghasilkan dua neutron; (n, γ) adalah reaksi neutron menghasilkan gamma.

Akibat iradiasi neutron pada cuplikan, maka akan terjadi reaksi nuklir pada cuplikan sehingga sebagian unsur dalam cuplikan menjadi berubah radioaktif, yang reaksi pengak tifannya adalah :

125Pb + 1n → 126Pb126Pb → 126Pb + Metode Analisis Pengaktifan Neutron Cepat

(APNC) adalah salah satu metode analisis yang mempunyai kepekaan (sensitivitas) tinggi dan relatif sangat baik.

48

Metode APNC mampu menganalisis banyak unsur kelumit dalam suatu cuplikan dalam satu kali pengukuran sampai pada orde ppm (1 x 10-6).

Untuk unsur-unsur tertentu pada orde ppb (1 x 10-9) dan mampu menganalisis unsur kelumit (trace element) suatu cuplikan secara multi unsur dalam satu kali pengukuran serta tidak terpengaruh oleh matriks (Susetyo, 1988).

Untuk dapat memahami prinsip kerja dari (APNC), diperlukan beberapa teori yang mendukung yaitu :

Reaksi inti dan radioaktifitasReaksi inti adalah proses interaksi antara inti

stabil alamiah dengan parikel-partikel seperti elektron sehingga dapat membentuk inti baru.

Reaksi inti Dapat juga terbentuk oleh peluruhan isotop-isotop tidak stabil. Susunan sebuah inti dapat diubah dengan cara menembakkan partikel-partikel berenergi tinggi ke inti sasaran. Tumbukan yang terjadi antara partikel-partikel berenergi tinggi dengan inti atom akan mengubah susunan inti tersebut sehingga terbentuklah inti baru yang berbeda dengan inti semula (inti sasaran). Sedangkan radioaktivitas adalah gejala perubahan keadaan inti atom secara spontan yang disertai radiasi berupa partikel atau gelombang elektromagnetik.Radioaktivitas mengacu pada parikel unsur yang dipancarkan dari inti sebagai hasil ketidakstabilan nuklir. Inti atom mengalami perubahan dari satu nuklida menjadi nuklida yang lain atau dari unsur satu menjadi unsur lain (Susetyo, 1988)49

50

Definisi Neutron adalah suatu partikel elementer penyusun inti atom tanpa muatan listrik.

Maka neutron dilambangkan dengan (0 n1) dan mempunyai massa diam m n hampir sama dengan massa sebuah proton yaitu sebesar 1,67492×10-24 gram.

Apabila neutron masuk ke inti dan tinggal didalamnya, maka akan menimbulkan berbagai reaksi inti, misalnya inti melepas partikel-γ sehingga akan terjadi reaksi inti (n, γ) artinya reaksi neutron menghasilkan gamma.

Besar kecilnya energi neutron juga sangat menentu kan macam interaksi yang terjadi dengan materi. Ditinjau dari kaitan energi neutron dan kemungkinan terjadinya interaksi, maka energi neutron digolongkan menjadi 3 golongan yaitu :

Penggolongan Energi neutron

51

1.Neutron cepatNeutron cepat merupakan neutron yang dihasilkan dari pembelahan uranium yang mempunyai energi yang sangat tinggi pada orde di atas 0,5 MeV. Neutron cepat mempunyai tampang lintang serapan (cross section) paling kecil artinya hanya sedikit kemungkinan berinteraksi dengan materi.

2.Neutron epitermalNeutron epitermal adalah neutron yang memiliki energi pada orde antara 0,2 MeV sampai dengan 0,5 MeV.

3.Neutron termalNeutron termal adalah neutron yang berada pada orde di bawah 0,2 MeV. Neutron termal mempunyai tampang lintang serapan (cross section) terbesar artinya paling banyak berinteraksi (Susetyo, 1988).

Sumber neutron

52

Berdasarkan energi dan intensitas berkas neutron yang dihasilkan, terdapat beberapa metode yang digunakan untuk memproduksi neutron, di antaranya :

Neutron dari reaktor atomPada umumnya bahan bakar reaktor atom

adalah uranium. Dalam uranium alam terdapat dua isotop utama yaitu 235U dan 238U.

Inti 235U apabila menyerap neutron akan mengalami pembelahan menjadi dua inti baru sambil melepaskan 2 atau 3 neutron.

Tenaga yang dihasilkan dari pembelahan 235U berkisar antara 0,1 sampai dengan 20 MeV. Analisis menggunakan reaktor atom sebagai sumber neutron tidak dapat dipakai untuk menganalisis unsur-unsur ringan seperti oksigen dan nitrogen.

Neutron dari akselerator

53

Akselerator adalah alat pemercepat gerakan partikel yang dapat menghasilkan partikel dengan energi tinggi.

Suatu akselerator mempunyai kemampuan untuk mem percepat partikel-partikel bermuatan dan menumbuk kannya pada bahan sasaran, dalam tumbukan tersebut terjadi reaksi inti yang menghasilkan neutron.

Neutron yang dihasilkan oleh reaksi inti ini adalah neutron cepat dengan tenaga lebih dari 14 MeV dan neutron yang dihasilkan oleh akselerator adalah neutron cepat dan dapat dikatakan bertenaga tunggal (monoenergetik).

Dengan mempergunakan akselerator sebagai sumber neutron, unsur-unsur ringan seperti nitrogen dan oksigen dapat dianalisis.

Sumber neutron isotropik

54

Reaktor atom dan akselerator adalah sumber neutron yang mahal sehingga tidak banyak yang memilikinya.

Lagi pula dua sumber neutron itu sangat besar dan memerlukan bahan perisai radiasi. Maka untuk menaggulangi kesulitan tersebut orang mengusahakan pembuatan sumber neutron yang relative murah dan mudah.

Sumber neutron isotropik adalah sumber neutron yang berisi isotop radioaktif dan bahan sasaran, dan. radiasi yang dipancarkan oleh radioisotop tersebut berinteraksi dengan bahan sasaran dan menghasilkan neutron (Susetyo, 1988).Inti atom yang tidak stabil (tereksitasi) cenderung akan menuju ke keadaan stabil.

Untuk menjadi stabil maka radioisotop tersebut mengalami disintegrasi atau peluruhan disertai pemancaran energi dalam bentuk foton-γ dengan energi tertentu.

55

Jumlah pancaran radiasi per satuan waktu yang berasal dari inti tereksitasi sebanding dengan fluks neutron dan tampang lintang serapan neutron (Susetyo, 1988).

Dalam suatu proses iradiasi dibutuhkan fasilitas yang bersesuaian dengan reaksi pengaktifannya, salah satunya adalah akselerator.

Akselerator generator neutron adalah akselerator unit produksi neutron melalui proses penggabungan inti ion deuterium dan tritium yang menghasilkan neutron cepat dengan energi 14 MeV.

Gambar slide berikut. adalah bagan akselerator gene rator neutron SAMES Type J-25 150KeV yang ada di PTAPB-BATAN.

Partikel deuterium (2H) ditembakkan kearah sasaran yang berupa tritium (3H) sehingga terjadi reaksi berikut

31 H + 4

1H 42 He + 1

0n

56

1

23

4

4

5

6 6

7

8

Keternagan 1. Sumber tegangan tinggi 5. Lensa kuadrupol2. Sumber ion 6. Tegangan tinggi3.Tabung pemercepat lensa kuadrupol 7. Rotating probe4. Sistem hampa 8. Target tritium

57

Prinsip Dasar Analisis Pengaktifan Neutron Cepat (APNC).

Secara sistematis prinsip dasar APNC adalah sebagai berikut :

1.Cuplikan yang dianalisis diiradiasi dengan menggunakan suatu sumber neutron. Neutron yang digunakan biasanya terdapat di dalam reaktor nuklir atau dari generator neutron. (slide 44)

Keberadaan neutron di dalam reaktor nuklir dinyatakan dengan fluks neutron (neutron flux) yaitu banyaknya neutron yang melalui luasan satu cm2 dalam waktu satu detik.

2.Pemanfaatan neutron sebagai pereaksi di dalam reaksi nuklir melalui proses induksi neutron terhadap unsur yang ada di dalam cuplikan, sehingga unsur tersebut tereksitasi (tidak stabil) menjadi unsur radioaktif yang kemudian berelaksasi menjadi unsur stabil dengan memancarkan sinar gamma.

58

3.Setelah paparan radiasi neutron dianggap cukup, cuplikan dikeluarkan dari sumber neutron.

4.Cuplikan tersebut sekarang mengandung unsur-unsur yang memancarkan sinar-sinar radioaktif. Sinar gamma yang dipancarkan oleh berbagai unsur dalam cuplikan dapat dianalisis secara spektrometer gamma (Sunardi, 2004).

c.) Spektrometer Gamma.Sinar gamma (seringkali dinotasikan dengan

huruf Yunani gamma (γ) adalah sebuah bentuk energi dari radiasi elektromagnetik yang diproduksi oleh radioaktivitas atau proses nuklir atau subatomik lainnya seperti penghancuran positron-proton

59

Spektrometer radiasi merupakan suatu analisis sumber radiasi atau radioisotop dengan mengukur distribusi energi radiasi dari sumber radiasi atau radioisotop tersebut.

Untuk melakukan spektrometer radiasi diperlukan seperangkat peralatan deteksi dan spektrometer radiasi yang terdiri dari dua bagian.

Bagian pertama adalah detektor yang digunakan sebagai pelacak pancaran radiasi, yang akan menghasilkan besaran yang lebih mudah diukur dan dilihat.

Bagian kedua adalah seperangkat alat elektronik pembantu yang berguna untuk memperkuat dan memproses sinyal untuk pengukuran (Susetyo, 1988).

60

Bagan Spektrometer radioaktif gamma

Unit Pengolahan Data

Penganalisa Salur Ganda (MCA)

HVBS : High Voltage Bias SupplyPA : Pre Amp (Penguat Awal)MCA : Multi Channel Analyzer

Tabung (Cryostat)

Detektor

HVBS

PA

Penguat (Amp)

61

Detektor spektrometer γ, menggunakan detektor GeLi (Germanium Lithium) jenis p-i-n yang dilengkapi dengan system Cryostat (tabung dengan berisi N2 cair).

1. Apabila suatu sinar-γ mengenai detektor GeLi, maka dalam interaksi terbentuk pasangan elektron-lowongan, pada daerah intrinsik dalam detektor.

Oleh karena pengaruh medan listrik (reverse biased) yang dikenakan, elektron akan bergerak menuju lapisan-n dan lowongan akan bergerak menuju lapisan-p. (kulit elektron pada atom)

Pada ujung-ujung elektroda, elektron dan lowongan akan mengakibatkan perubahan beda potensial yang menimbulkan signal pulsa. Signal pulsa yang dihasilkan langsung diterima oleh penguat awal yang peka terhadap muatan

62

Gambar Detektor

lowongan

Lapisan-p

elektronsinar-γ

Lapisan-n

daerah intrinsik

63

2.Penguat Awal (PA), berfungsi untuk melakukan amplifikasi awal terhadap pulsa keluaran detektor serta melakukan pembentukan pulsa pendahuluan.

 3.  Penguat (Amplifier), berfungsi mempertinggi pulsa sampai mencapai amplitudo yang dapat dianalisis dengan alat penganalisis tinggi pulsa.

4.  Penganalisa Salur Ganda (Multi Chanel Analyzer), merupakan gabungan dari penganalisa saluran tunggal (single channel analyzer) sehingga dapat menyajikan dan menampilkan seluruh spektrum-γ cuplikan secara bersamaan dalam satu kali pengukuran.

Penganalisa salur ganda adalah alat yang rumit dan terdiri atas beberapa bagian seperti : 

64

    a.  Sebuah unit ADC (Analog to Digital Converter) atau lebih

b. Sebuah unit memori..       c. Sebuah layar Oscilloscope.      Unit-unit tambahan seperti unit

pengolahan data, built in amplifier, monitor, dan lain-lain.

5. Sumber tegangan listrik (High Voltage), alat-alat elektronik disebut power supply.

Setelah cuplikan di iradiasi dengan neutron cepat, kemudian dilakukan pencacahan dengan alat spektrometer gamma sehingga dapat diketahui puncak-puncak energi spektrum dari cuplikan.

Sinar gamma yang dipancarkan oleh cuplikan menyingkapkan data hasil pencacahan (Sunardi, 2004).

 

Parameter hasil analisis

65

Sesuai dengan parameter analisis kutitatif maka parameter analisis dengan RA mempunyai kesamaan parameter.

Ketelian misalnya: dapat mengalami penurunan bila:

a. Ketidak samaam neutron flux yang tidak sama antara sampel dan standar.

b. kesalahan dalam perhitungan, penyebarannya, absorbsinya, dan letak geometriknya.

Kesalahan tersebut dapat terjadi sam[ai 10 %, tetapi ketangkasan dan ketelitian para analist dapat dikurangi menjadi 1 sampai 3 %.

  

66

Kepekaan: Bila menganalisis dengan cara aktivasi netron ini untuk elemen (slide 34), dapat mencapai 10-5 mikrogram (mcg).

Dari beberpa elemen tersebut kadang-kadang diperlukan sampai 50 mcg, (Fe) tetapi untuk europium hanya 10-6 mcg.

Effiesiency dan recovery, pada analisis radio analisis tergantung pada sensitivitas dari aktivasinya.

Faktor lain adalah sensitivitas dari detektor, juga aktivitas peluruhan dari sampel, antara aktivasi dan penentuan kadar.

Maka durasi peluruhan sangat menentukan kecepatan analisis dengan cara aktivasi elektron ini.