Radioaktivitasdisebut juga peluruhan radioaktif, yaitu peristiwa terurainya beberapa inti atom tertentu secara spontan yang diikuti dengan pancaran partikel alfa (inti helium), partikel beta (elektron), atau radiasi gamma (gelombang elektromagnetik gelombang pendek).
Sinar-sinar yang dipancarkan tersebut disebut sinar radioaktif, sedangkan zat yang memancarkan sinar radioaktif disebut dengan zat radioaktif. Istilah keradioaktifan (radioactivity) pertama kali diciptakan oleh Marie Curie (1867 - 1934), seorang ahli kimia asal Prancis. Marie dan suaminya, Pierre Curie (1859 - 1906), berhasil menemukan unsur radioaktif baru, yaitu polonium dan radium. Ernest Rutherford (1871 - 1937) menyatakan bahwa sinar radioaktif dapat dibedakan atas sinar alfa yang bermuatan positif dan sinar beta yang bermuatan negatif. Paul Ulrich Villard (1869 – 1915), seorang ilmuwan Prancis, menemukan sinar radioaktif yang tidak bermuatan, yaitu sinar gamma.
1. Jenis Sinar Radioaktif
Berdasarkan partikel penyusunnya, sinar radioaktif dibagi menjadi tiga, yaitu sinar alfa, sinar beta, dan sinar gamma.
a. Sinar Alfa (Sinar α )
Sinar alfa adalah sinar yang dipancarkan oleh unsur radioaktif. Sinar ini ditemukan secara bersamaan dengan penemuan fenomena radioaktivitas, yaitu peluruhan inti atom yang berlangsung secara spontan, tidak terkontrol, dan menghasilkan radiasi. Sinar alfa terdiri atas dua proton dan dua neutron. Berikut ini adalah sifat alamiah sinar alfa.
- Sinar alfa merupakan inti He.
- Dapat menghitamkan pelat film (yang berarti memiliki daya ionisasi). Daya ionisasi sinar alfa paling kuat daripada sinar beta dan gamma.
- Mempunyai daya tembus paling lemah di antara ketiga sinar radioaktif.
- Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.
- Mempunyai jangkauan beberapa sentimeter di udara dan 102 mm di dalam logam.
b. Sinar Beta (Sinar β )
Sinar beta merupakan elektron berenergi tinggi yang berasal dari inti atom. Berikut ini beberapa sifat alamiah sinar beta.
- Mempunyai daya ionisasi yang lebih kecil dari sinar alfa.
- Mempunyai daya tembus yang lebih besar daripada sinar alfa.
- Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.
c. Sinar Gamma (Sinar γ )
Sinar gamma adalah radiasi gelombang elektromagnetik yang terpancar dari inti atom dengan energi yang sangat tinggi yang tidak memiliki massa maupun muatan. Sinar gamma ikut terpancar ketika sebuah inti memancarkan sinar alfa dan sinar beta. Peluruhan sinar gamma tidak menyebabkan perubahan nomor atom maupun massa atom. Sinar gamma memiliki beberapa sifat alamiah berikut ini.
- Sinar gamma tidak memiliki jangkauan maksimal di udara, semakin jauh dari sumber intensitasnya makin kecil.
- Mempunyai daya ionisasi paling lemah.
- Mempunyai daya tembus yang terbesar.
- Tidak membelok dalam medan listrik maupun medan magnet.
- Peluruhan Radioaktif
2. Peluruhan Radioaktif
a. Peluruhan Sinar Alfa
Suatu inti yang tidak stabil dapat meluruh menjadi inti yang lebih ringan dengan memancarkan partikel alfa (inti atom helium). Pada peluruhan alfa terjadi pembebasan energi. Energi yang dibebaskan akan menjadi energi kinetik partikel alfa dan inti anak. Inti anak memiliki energi ikat per nukleon yang lebih tinggi dibandingkan induknya.
Jika inti memancarkan sinar α (inti 42He ), maka inti tersebut kehilangan 2 proton dan 2 neutron, sehingga Z berkurang 2, n berkurang 2, dan A berkurang 4. Persamaan peluruhannya:
A ZX (inti induk) → A – 4Z-2Y + 42He (inti Anak)
Contoh:
238 92U → 234 90Th + 42He
226 88Ra → 222 86Ra + 42He
b. Peluruhan Sinar Beta
Salah satu bentuk peluruhan sinar beta adalah peluruhan neutron. Neutron akan meluruh menjadi proton, elektron, dan antineutrino. Antineutrino merupakan partikel netral yang mempunyai energi, tetapi tidak memiliki massa. Bentuk peluruhan sinar beta yang lain adalah peluruhan proton. Proton akan meluruh menjadi neutron, positron, dan neutrino. Neutrino memiliki sifat yang sama dengan antineutrino. Peluruhan sinar beta bertujuan agar perbandingan antara proton dan neutron di dalam inti atom menjadi seimbang sehingga inti atom tetap stabil.
Jika inti radioaktif memancarkan sinar beta ( β ) maka nomor massa inti tetap (jumlah nukleon tetap), tetapi nomor atom berubah. Terjadi dua proses peluruhan, yaitu:
AZX → A Z + 1Y + 0 -1β X = inti induk
AZX → A Z − 1Y + 0 + 1β Y = inti anak
contoh :
146C → 147C + 0 -1β
127N → 126C + 0 +1β
c. Peluruhan Gamma
Suatu inti atom yang berada dalam keadaan tereksitasi dapat kembali ke keadaan dasar (ground state) yang lebih stabil dengan memancarkan sinar gamma. Peristiwa ini dinamakan peluruhan sinar gamma. Atom yang tereksitasi biasanya terjadi pada atom yang memancarkan sinar alfa maupun sinar beta, karena pemancaran sinar gamma biasanya menyertai pemancaran sinar alfa dan sinar beta.
Peluruhan gamma hanya mengurangi energi saja, tetapi tidak mengubah susunan inti. Seperti dalam atom, inti atom dapat berada pada keadaan eksitasi, yaitu keadaan inti yang tingkat energinya lebih tinggi dari keadaan dasarnya. Inti yang berada pada keadaan eksitasi diberi tanda star (*). Keadaan eksitasi inti ini dihasilkan dari tumbukan dengan partikel lain.
Persamaan peluruhan sinar gamma:
AZX*→ A Z X + γ
Inti yang berada dalam keadaan eksitasi pada umumnya terjadi setelah peluruhan. Misalnya:
125B → 126C* + 0 -1β
125C* → 126C + 0 0γ
3. Deret Radioaktif
Deret radioaktif merupakan deret nuklida radioaktif. Pada deret ini setiap anggotanya terbentuk dari hasil peluruhan nuklida sebelumnya. Deret akan berakhir dengan nuklida stabil. Ada empat deret radioaktif alamiah, yaitu deret torium, neptunium, uranium, dan aktinium.
a. Deret Torium
Deret torium dimulai dari inti induk 23290Th dan berakhir pada inti 20883Pb, derret ini juga disebut dengan deret 4n, sebab nomor massanya selalu kelipatan 4.
b. Deret Neptunium
Deret neptunium dimulai dari induk 23793Np dan berakhir pada inti 20983Bi. Deret ini juga disebut deret (4n +1), karena nomor massanya selalu dapat dinyatakan dalam bentuk 4n +1.
c. Deret Uranium
Deret uranium dimulai dari inti induk 23592U dan berakhir pada inti 20782Pb. Deret ini disebut juga deret (4n +2), kerena nomor massanya selalu dapat dinyatakan dalam bentuk 4n + 2
d. Deret Aktinium
Deret aktinium dimulai dari inti induk U dan berakhir pada Pb. Deret ini juga disebut deret (4n + 3) sebab nomor massanya selalu dapat dinyatakan salam bentuk 4n + 3.
4. Aktivitas Radioaktif
Aktivitas radioaktif didefinisikan sebagai jumlah atom suatu bahan radioaktif yang meluruh per satuan waktu. Dapat dirumuskan:
(1)
Dengan N adalah jumlah inti radioaktif dan t adalah waktu peluruhan.
Berdasarkan eksperimen, menunjukkan bahwa jumlah inti atom radioisotop yang meluruh sebanding dengan selang waktu dt selama peluruhan, dengan tetapan kesebandingan λ , yang dinamakan tetapan radioaktif sebagai ukuran laju peluruhan, yang ternyata hanya tergantung pada jenis radioisotop, dan tidak tergantung keadaan sekitarnya, serta tidak dapat dipengaruhi oleh apapun.
Sehingga, peluruhan radioaktif dapat dituliskan dalam persamaan:
(2)
Persamaan (2) dapat diselesaikan dengan persamaan integral, sehingga diperoleh:
(3a)
(3b)
Yang menunjukkan penurunan eksponensial terhadap waktu
Satuan Radioaktivitas
Satuan radiasi ini merupakan satuan pengukuran yang digunakan untuk menyatakan aktivitas suatu radionuklida dan dosis radiasi ionisasi. Satuan SI untuk radioaktivitas adalah becquerel (Bq), merupakan aktivitas sebuah radionuklida yang meluruh dengan laju rata-rata satu transisi nuklir spontan per sekon. Jadi,
1 Bq = 1 peluruhan/sekon
Satuan yang lama adalah curie (Ci), di mana 1 curie setara dengan 3,70 × 1010 Bq, atau 1 Ci = 3,7 × 1010 Bq.
5. Waktu Paruh
Waktu paruh adalah waktu yag diperlukan oleh zat radioaktif untuk berkurang menjadi separuh (setengah) dari jumlah semula. Dengan mengetahui waktu paruh suatu unsur radioaktif, dapat ditentukan jumlah unsur yang masih tersisa setelah selang waktu tertentu. Setiap unsur radioaktif mempunyai waktu paruh tertentu, misalnya karbon -14 (C-14) memiliki waktu paruh 5.730 tahun. Dari persamaan (3a) maka:
untuk t = T dan N = 1/2 N0
sehingga,
λ . T = ln 2
(4)
Dari persamaan (4), maka dapat ditentukan jumlah inti radioaktif setelah peluruhan maupun aktivitas radioaktif setelah peluruhan melalui persamaan:
(5)
(6)
6. Bahaya Radiasi
Radiasi dapat menimbulkan kerusakan, yaitu perubahan yang membahayakan yang berlangsung pada benda mati dan makhluk hidup akibat pemaparan terhadap elektron berenergi, nukleon, fragmen fisi, atau radiasi elektromagnetik energi tinggi. Pada benda mati, kerusakan dapat disebabkan oleh eksitasi, ionisasi, perubahan elektronik, atau perpindahan atom. Pada makhluk hidup, mekanisme-mekanisme tersebut dapat mengakibatkan perubahan-perubahan pada sel yang mengganggu struktur genetiknya, keikutsertaan pada pembelahan sel, atau bahkan membunuh sel tersebut.
Pada manusia, perubahan-perubahan ini dapat menyebabkan penyakit radiasi, luka bakar akibat radiasi (akibat dosis tinggi radiasi), atau berbagai macam kerusakan jangka panjang. Akibat paling berbahaya adalah dapat menyebabkan berbagai jenis kanker. Kerusakan-kerusakan tersebut dapat terjadi karena radiasi dapat melewati atau menembus suatu benda. Jenis dan tingkat kerusakan tergantung pada beberapa faktor, antara lain jenis dari energi radiasi serta sifat dari medium. Sebagai contoh, logam yang dipergunakan di dalam reaktor. Strukturnya dapat menjadi lemah karena mendapat fluks neutron berenergi tinggi.
Dosis Serap Suatu ukuran untuk menyatakan sejauh mana materi telah dikenai radiasi ionisasi disebut dosis. Dosis Serap menyatakan energi per satuan massa yang diserap oleh materi akibat radiasi tersebut. Besarnya dosis serap dapat dirumuskan:
Dengan D adalah dosis serap, E menyatakan besarnya energi yang diberikan oleh radiasi pengion, dan m adalah massa yang menyerap energi tersebut.
Dalam satuan SI, dosis serap dinyatakan dalam Gray (Gy), yaitu dosis terserap bila energi per satuan massa yang diberikan pada materi oleh radiasi ionisasi memiliki nilai 1 joule per kilogram. Satuan terdahulu adalah rad (rd), yang nilainya setara dengan 10-2Gy.
Dosis maksimum yang diizinkan (maximum permissible dose) adalah batas atas dosis terserap yang boleh diterima manusia atau anggota tubuh dalam selang waktu tertentu, yang dianjurkan oleh Dewan Internasional untuk Perlindungan Radiologi (International Comission on Radiological Protection).