Presentasi Fisika Modern Radioaktivitas

RADIOAKTIVITAS

Disusun oleh : KELOMPOK 1

Nama NIM Nama NIM Nama NIM

: : : : : :

Saiful Badri 15224010 Hardiansyah 15224015 Claudio Claudi o Adity Aditya aS 15224005

 Ag  A gend nda a •

Overview

•

Peluruh Pel uruhan an Radio Radioaktif  aktif 

•

Umur-Paro

•

Penen Pe nentua tuan n Umu Umurr Rad Radiom iometr etrik ik

•

Deret Der et Rad Radioa ioakti ktif  f 

•

Pelur Pe luruha uhan n Alf Alfa a

•

Teor eorii Pe Pelur luruh uhan an Alf Alfa a

•

Pelur Pe luruha uhan n Bet Beta a

•

Pelur Pe luruha uhan n Gam Gama a

•

Bahay Bah aya a Rad Radias iasii

•

KESIMPULAN

•

Con Co ntoh so soal al da dan n pe pemb mbah ahas asan an

Overview •

•

•

•

berh rhub ubun ung gan de deng ngan an pe pema manc ncar aran an pa part rtik ikel el da dari ri se sebu buah ah Radioaktif : be inti in ti at atom om.. Unsu surr in inti ti at atom om yg me memp mpun uny yai si siffat me mema manc ncar ark kan Inti Rad Inti Radioa ioakti ktif  f : Un sala sa lah h sa satu tu pa part rtik ikel el al alffa, bet beta a atau atau gam amma ma.. dise sebu butt ju jug ga pe pelu luru ruha han n radioaktif, yai aitu tu pe peri rissti tiw wa Radioaktivitas di ter eru urai ain nya beb ebe erap apa a in inti ti atom ter ertten entu tu se seccar ara a sp spon onttan yan ang g inti ti he heli lium um), par dii iik kuti de den ngan pan anccar aran an par partik tikel el alf alfa a (in partik tikel el be beta ta (elektron), atau radiasi gamma (gel (gelomba ombang ng elek elektrom tromagne agnetik tik gelomban gel ombang g pend pendek). ek). Sinar-sin Sinarsinar ar ya yang ng dip dipanc ancark arkan an te ters rsebu ebutt dis disebu ebutt sinar rad radioak ioaktif tif,, seda se dang ngk kan zat yan ang g me mema manc ncar ark kan sin sinar ar ra radio dioakt aktif  if d dis iseb ebu ut deng ngan an zatt rad za radioa ioakti ktif  f .

* *

Henri Becquerel (1852-1908) Berawal dari penemuan sinar-X oleh W.C. Röntgen sekitar tahun 1985,

*

Fenomena sinar-X berasal dari fosforensi zat oleh sinar matahari,

*

Membungkus suatu pelat fotografi (pelat film) dengan kain hitam,

*

Kemudian Ia menyiapkan garam uranium (kalium uranil sulfat), material yang bersifat fosforensis,

*

Rencananya Becquerel akan menyinari garam uranium dengan sinar matahari dan meletakkannya dekat pelat film dan mengharapkan terjadinya sinar-X.

Overview •

•

•

cuaca mendung menyebabkan Becquerel menyimpan pelat film yang tertutup kain hitam dan garam uranium dalam laci meja di laboratoriumnya Ia sangat terkejut saat mengamati pelat film yang telah dicuci karena pada pelat film tersebut terdapat suatu jejak cahaya berupa garis lurus Dari fenomena yang terjadi berulang-ulang ini Becquerel menyimpulkan bahwa jejak cahaya pada pelat film tersebut disebabkan oleh garam uranium memancarkan radiasi (dan sifatnya berbeda dengan sinar –X) yang dapat menembus kain pembungkusnya dan mempengaruhi pelat film

Overview

•

Image of Becquerel's photographic plate which has been fogged by exposure to radiation from a uranium salt. The shadow of a metal Maltese Cross placed between the plate and the uranium salt is clearly visible

PELURUHAN RADIOKATIF •

Tabel penuluran radioaktif dan perubahan inti

Jenis Radiasi

Simbol

Perub No

Perub No.

massa

Atom

2

Berkurang 4

Berkurang 2

0

1-

Tetap

Tambah 1

0

0

Tetap

Tetap

No. Massa

Muatan

Alfa

4

Beta Gamma

Contoh : Plutonium meluruh dgn memancarkan partikel alfa. Unsur apakah yg tbtk?  Jawab : Massa unsur baru = 239-4 = dan muatannya = 94-2 = 92 Muatan inti (nomor atom) 92 adalah uranium (U) 239 94

Pu



4 2

He



235 92

 U

PELURUHAN RADIOKATIF Hukum peluruhan radioaktif, dengan N = N0 e -t N0 = banyak inti radioaktif pada saat t=0, N = banyak inti radioaktif setelah selang waktu t, e = bilangan natural = 2,718…,

 = tetapan peluruhan (satuan s-1 ). Banyaknya inti induk dalam suatu contoh berkurang secara eksponensial terhadap waktu. Persamaan diatas disebut Hukum peluruhan radioaktif. Kita secara nyata tidak dapat mengukur banyaknya inti radioaktif Neutron, tetapi kita dapat menyatakan dalam persamaan aktivitas,yaitu dengsn mengalikan kedua ruasnya dengan sehingga memberikan:

 N =  N0 e -t A = A0e -t

PELURUHAN RADIOKATIF

Kotak timbal

Radium

Percobaan Ernest Rutherford

Dengan memperhatikan arah sinar yang dibelokkan, dia menyimpulkan bahwa komponen sinar yang tidak dibelokkan adalah tidak bermuatan (sinar  ), komponen sinar yang dibelokkan ke kanan adalah bermuatan positif (sinar α), dan sinar yang dibelokkan kekiri adalah bermuatan negative (sinar β).

PELURUHAN RADIOKATIF

PELURUHAN RADIOKATIF Aktivitas Radioaktif

Dengan, A0 = aktivitas awal pada t=0 (satuan Becquerel atau Bq) A = aktivitas setelah selang waktu t (dalam Bq) •

Dalam SI,satuan aktivitas radiasi dinyatakan dalam Becquerel (disingkat Bq) sesuai dengan nama penemu radioaktivitas, dimana : 1 Bq = 1 peluruhan/sekon

•

Satuan yang paling sering digunakan oleh alat pengukur aktivitas radiasi adalah curie (disingkat Ci). Satu Curie didefinisikan sebagai banyaknya peluruhan yang dilakukan oleh satu gram radium dalam waktu satu sekon. Ternyata diperoleh 3,7 x 1010 peluruhan dalam waktu satu sekon, sehingga didapat hubungan: 1 curie = 3,7 x 1010 peluruhan/s = 3,7 x 1010 Bq

UMUR - PARO •

•

Waktu Paro dari suatu isotop radioaktif adalah selang waktu yang dibutuhkan agar aktivitas radiasi berkurang setengah dari aktivitas semula. Waktu paro juga dapat didefinisikan sebagai selang waktu yang dibutuhkan agar setengah dari inti radioaktif  yang ada meluruh. Ketika t = T1/2 maka A = A0/2 sehingga kita peroleh Waktu Paro T1/2 = ln 2/

Karena ln 2 = 0,693 maka, T1/2 =

UMUR - PARO Yaitu perioda waktu dimana 50% dari jml atom semula yang ada tlh meluruh 9 5

B t 1/ 2

23 8 92

U t 1 / 2

= 8 x 10-19 detik = lama sekali

Contoh : 1. Berapa fraksi atom radioaktif tersisa setelah 5 waktu paruh? Jawab: Setelah 1 waktu paruh, tersisa 1/2 bagian Setelah 2 waktu paruh, tersisa 1/2 x 1/2 = 1/4 bagian Setelah 3 waktu paruh, tersisa 1/2 x 1/4 = 1/8 bagian Setelah 4 waktu paruh, tersisa 1/2 x (1/2) 3 = (1/2)4 = 1/16 bagian Setelah 5 waktu paruh, tersisa 1/2 x (1/2) 4 = (1/2)5 = 1/32 bagian

UMUR - PARO 2. Bila dimulai dgn 16 juta atom radioaktif, berapa yg tertinggal setelah 4 waktu paruh? Jawab: Tersisa = (1/2)4 = 1/16 x 16 juta = 1 juta atom

Setelah n kali waktu paruh, tersisa 1/2 n bagian

PENENTUAN UMUR RADIOMETRIK  •

Penanggalan radioaktif adalah teknik yang digunakan untuk penentuan umur bahan material seperti batuan (fosil), pasir, dan lapisan sedimen, yang biasanya didasarkan pada perbandingan antara suatu isotop radioaktif alami yang diamati dengan produk-produk peluruhannya (decay), dengan menggunakan tingkat peluruhan yang sudah dikenal. Secara prinsipnya, peluruhan unsur radioaktif induk menjadi elemen turunan yang stabil.

•

Contoh isotop-isotop radioaktif induk dan produk turunan stabil mereka: Radioaktif induk Turunan stabil Potassium 40 Argon 40 Rubidium 87 Strontium 87 Thorium 232 Lead 208 Uranium 235 Lead 207 Uranium 238 Lead 206 Carbon 14 Nitrogen 14

Dalam daftar di atas, perhatikan bahwa nomor nomor massa (jumlah proton ditambah neutron) dapat bervariasi untuk sebuah elemen karena jumlah neutron yang berbeda. Elemen dengan berbagai jumlah neutron disebut isotop unsur tersebut.

PENENTUAN UMUR RADIOMETRIK  •

Tiap-tiap isotop radioaktif mempunyai half-life yang unik. Half-life adalah waktu yang dibutuhkan untuk setengah dari induk unsur radioaktif meluruh untuk menjadi produk turunan. Seperti yang anda bisa lihat pada daftar di bawah ini: Contoh Half Live untuk unsur-unsur radioaktif di atas: Radioaktif induk Turunan stabil Half life Potassium 40 Argon 40 1.25 milyar tahun Rubidium 87 Strontium 87 48.8 milyar th. Thorium 232 Lead 208 14 milyar th. Uranium 235 Lead 207 704 juta th. Uranium 238 Lead 206 4.47 milyar th. Carbon 14 Nitrogen 14 5730 tahun

Dua atau lebih metode penanggalan radiometrik dapat digunakan dalam satu material untuk mencapai hasil penentuan yang lebih tepat. Kebanyakan radiometrik metode cocok untuk menentukan waktu geologi, tetapi beberapa seperti metode radiokarbon dan metode 40Ar/39Ar (Argondating) dapat diperluas ke penentuan untuk waktu awal kehidupan manusia dan sejarah yang sudah tercatat.

PENENTUAN UMUR RADIOMETRIK  Beberapa teknik-teknik radiometrik yang umum digunakan adalah: •

•

Penanggalan radiokarbon (Carbon dating). Teknik ini mengukur peluruhan karbon-14 dalam bahan organik dan dapat diterapkan terbaik untuk sampel yang lebih muda dari 60.000 tahun. Penanggalan uranium-lead (Uranium-lead dating). Teknik ini mengukur rasio dua isotop lead (lead-206 dan lead-207) dengan jumlah uranium pada mineral atau batuan. Metode ini sering diterapkan untuk menemukan jejak mineral zircon pada batuan, adalah salah satu dari dua metode yang paling sering digunakan (bersama dengan penanggalan argon-argon/argon dating) untuk penanggalan geologi. Penanggalan uranium-lead (uranium-lead dating) diterapkan untuk sampel yang lebih tua dari 1 juta tahun.

PENENTUAN UMUR RADIOMETRIK  •

•

Penanggalan uranium-torium (Uranium-thorium dating). Teknik ini digunakan untuk penanggalan speleothems, karang, bahan yang menandung unsur karbonat, dan fosil tulang. Jangkauannya adalah dari beberapa tahun sampai sekitar 700.000 tahun. Penanggalan potassium-argon (Potassium-argon dating) dan penanggalan argonargon (Argon-argon dating). Teknik digunakan untuk penanggalan batuan metamorpik (yang sudah melalui proses pemanasan), batuan beku, dan batuan hasil dari proses gunung berapi. Teknik ini juga digunakan dalam penanggalan lapisan abu vulkanik dalam atau di atas situs paleoanthropologic. Batas yang termuda untuk metode argon-argon adalah beberapa ribu tahun.

DERET RADIOAKTIF •

•

Proses peluruhan radioaktif terus menerus dilakukan sampai diperoleh isotop yang stabil. Proses peluruhan berturut-turut seperti ini dikatakan sebagai peluruhan radioaktif berantai, yang umumnya yang umumnya mengikuti tahap-tahap tertentu yang mengikuti suatu deret radioaktif . Masing-masing deret radioaktif diberi nama sesuai dengan inti induknya. Deret 4n + 2 diberi nama deret uranium karena inti induknya adalah , yang mengalami peluruhan sampai inti akhir stabil

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, yaitu sebagai berikut :

1. Deret Torium Deret torium dimulai dari inti induk dan berakhir pada

inti Deret ini juga disebut dengan deret 4n, sebab nomor massanya selalu kelipatan 4. 2. Deret Neptunium Deret neptunium dimulai dari induk dan berakhir pada

inti Deret ini juga disebut deret (4n + 1), karena nomor massanya selalu dapat dinyatakan dalam bentuk 4n +1.

DERET RADIOAKTIF 3. Deret Uranium Deret uranium dimulai dari inti induk dan berakhir pada Deret ini disebut juga deret (4n +2), karena nomor massanya selalu dapat dinyatakan dalam bentuk 4n + 2. •

4. 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 dalam bentuk 4n + 3.

DERET RADIOAKTIF CONTOH SOAL : Suatu unsur radioaktif meluruh dan tinggal 25% dari jumlah semula setelah 20 menit. Bila mula-mula massa unsur tersebut 120 gr, maka setelah setengah jam meluruh tentukan massa sisa unsur ! Penyelesaian m0 = 120 gram t1 = 20 menit, m1 = 25% m0 = m t2 = 0,5 jam = 30 menit Dari nilai m1 dan t1 dapat ditentukan waktu paro unsur tersebut. m1 = m0( )t1/T ¼ m0 = m0( ½)20/T berarti : = 2 dan T = 10 menit Dari nilai T dapat diperoleh massa sisa setelah t2 sebesar: m2 = m0( ½)30/10 = 120/8 . = 15 gr

PELURUHAN ALFA Telah diketahui bahwa sinar tidak lain adalah inti atom ( ), yang mengandung 4 nukleon, yaitu 2 proton dan dua neutron. Ketika sebuah inti memancarkan sinar α inti tersebut kehilangan empat nukleon, 2 diantaranya adalah proton. Sesuai dengan hokum kekekalan nomor massa dan hukum kekekalan nomor atom, maka : i. Nomor massa (A) berkurang 4 ,dan ii. Nomor atom (Z) berkurang 2. Jadi, jika sebuah inti induk X berubah menjadi inti anak Yang sambil memancarkan sinar α, maka peluruhannya dapat ditulis sebagai ;



+

PELURUHAN ALFA •

•

Hukum kekekalan energi juga berlaku pada reaksi inti pemancaran sinar α. Jika massa inti induk adalah massax , massa inti anak adalah my, dan massa sinar α adalah mα, semuanya dinyatakan dalam u, maka kita dapat menyatakan energi disintegrasi, Q, (dalam satuan MeV) sebagai: Q = (mx – my – mα) x 931 MeV/u Hampir semua energi kinetic dimiliki oleh sinar α seab massa partikel α jauh lebih kecil dari massa inti anak,Rn-222.Karena momentum juga harus kekal, maka sinar α akan memiliki kecepatan yang jauh lebih tinggi daripada inti anak.Dapat ditunjukkan bahwa 98% dari energi disintegrasi Q dibawa sebagai energi kinetic sinar α. Sisanya 2% adalah energi kinetic inti anak.

TEORI PELURUHAN ALFA •

•

•

Peluruhan alfa merupakan salah satu peristiwa efek trobosan (tunneling effect), seperti dibahas dalam mekanika kuantum. Diasumsikan dua netron dan dua proton yang berada dalam inti membentuk partikel alfa. Dua proton dan dua netron ini bergerak terus di dalam inti, yang kadang-kadang bergabung dan terkadang berpisah. Di dalam inti partikel alfa terikat oleh gaya inti yang sangat kuat. Tetapi  jika partikel alfa inti bergerak lebih jauh dari jari-jari inti ia akan segera merasakan tolakan gaya Coulomb. Probabilitas persatuan waktu λ.bagi partikel alfa untuk muncul adalah probabilitas menerobos potensial halang dikalikan banyaknya partikel alfa menumbuk penghalang per detik dalam usahanya untuk keluar. Jika partkel alfa bergerak dengan laju ν di dalam sebuah inti berjari-jari R, maka selang waktu yang dibutuhkan untuk menumbuk penghalang bolak-balik dalam inti sebesar ν/2R. Inti berat nilai R sekitar 6 fm, maka partikel alfa menumbuk dinding inti berat sebesar 1022 kali per detik.

TEORI PELURUHAN ALFA •

•

Taksiran kasar probabiltas peluruhan alfa, berdasarkan mekanika kuantum adalah Energi x R EαPartikel α Berdasarkan data eksperimen, usia paro peluruhan alfa ada ketergantungan dengan energi artikel alfa. Semakin besar energi partikel alfa, waktu paro nya semakin cepat dan sebaliknya.

PELURUHAN BETA •

Sebuah inti yang meluruh dengan memancarkan sinar beta tidak akan berkurang nomor massanya tetapi nomor atomnya akan bertambah satu. Jadi, jika sebuah inti induk X berubah menjadi inti anak Y sambil memancarkan sinar beta reaksi intinya diberikan oleh:



+

+v

PELURUHAN GAMA •

•

Sinar gamma adalah foton-foton (kuanta atau paket energi) yang memiliki energi sangat tinggi. Seperti halnya sebuah atom, inti atom itu sendiri dapat berada dalam keadaan tereksitasi. Ketika inti ini melompat ke keadaan yang lebih rendah atau keadaan dasarnya, Inti ini memancarkan sebuah foton. Karena sinar  tidak memiliki nomor massa dan nomor atom nol, maka pemancaran sinar  tidak menyebabkan perubahan nomor massa dan nomor atom pada inti induk. Dengan kata lain, inti anak sama dengan inti induk, atau tidak terjadi inti baru pada pemancaran sinar . Dalam beberapa kasus, inti dapat tinggal dalam keadaan tereksitasi selama beberapa saat sebelum inti ini memancarkan sinar . Inti ini disebut dalam keadaan metastabil,dan inti ini disebut suatu isomer.

BAHAYA RADIASI Semua radiasi pengion merusak sel-sel hidup. Energi yang dibebaskan oleh radiasi dapat memutuskan zat kimia di dalam sel. Sel-sel selalu mati dan digantikan oleh sel-sel yang baru tepat pada waktunya. Akan tetapi, terkadang gejala ini dapat lebih serius, seperti pada kasus-kasus berikut : 1.

Jika seseorang terkena radiasi sangat kuat,maka kerusakan sel tidak dapat diperbaiki tepat pada waktunya. Radiasi ini dapat menyebabkan kematian.

2.

Kadang zat kimia DNA yang membawa kode perintah di dalam tiap sel dapat sedikit rusak karena radiasi pengion. Akibat kerusakan ini akan terjadi perubahan yang tidak wajar bagi perkembangan sel.

3.

Jika sel-sel kelamin pria atau wanita sedikit rusak, maka dimungkinkan anak dari sel kelamin tersebut akan mengalami abnormal.