Laporan Besar Radiasi Alpha.docx

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Tujuan Percobaan Tujuan dari percobaan ini adalah untuk ditentukan dan dibandingkannya level energi radiasi alpha pada unsur Radium yang terdeteksi dengan energi radiasi unsur tersebut sesuai literatur yang sudah ada, serta ditentukannya besar energi radiasi alpha yang dipancarkan oleh unsur Ameresium sesuai perbandingan level energi radiasi alpha.

1.2

Tinjauan Pustaka Rentang energi kinetik pada peluruhan alpha adalah 1,8 sampai 11,6 MeV. Hanya beberapa peluruhan alpha yang melebihi 8 MeV. Selain itu peluruhan alpha memiliki rentang kecepatan dari 9 x 108 sampai 2 x 109 cm/s (kecepatan rambat cahaya dalam ruang hampa adalah 3 x 1010 cm/s. Karena massa dan luasnya besar besar maka radiasi alpha memiliki kemampuan menembus yang lemah dan dapat dihentikan dengan selembar kertas. Ketika Eα < 7,5 MeV maka radiasi alpha tidak dapat menembus permukaan kulit (0,07 nm). Selama peluruhan, biasanya peluruhan alpha disertai dengan pemancaran radiasi gmma yang merupakan bagian eksternalnya. Ketika partikel alpha berinteraksi dengan suatu medium, maka menyebabkan ionisasi dan eksitasi elektron. Ionisasi terjadi ketika adanya tarik menarik elektrostatik antara partikel alpha dengan sebuah orbital elektron dan menyebabkan elektron keluar dari atom. Hasil eksitasi ketika gaya eletrostatik antara partikel alpha dan orbital elektron menaikkan posisi elektron ke tingkat energi yang lebih tinggi tanpa ionisasi (Hallenbeck, 1994). Terdapat beberapa macam peluruhan radiasi, salah satunya adalah peluruhan alpha. Bentuk peluruhan ini terjadi pada unsur berat yaitu unsur yang memiliki nomor massa yang besar. Unsur tersebut memiliki tenaga ikat yang rendah dan umumnya diikuti pula dengan peluruhan gamma. Radioisotop yang memancarkan radiasi alpha maka nomor massanya berkurang 4 dan nomor atomnya berkurang 2 sehingga radiasi alpha disamakan dengan pembentukan inti Helium yang bermuatan +2. Radiasi alpha, contohnya terjadi pada peluruhan Plutonium : … (1.1) Partikel alpha adalah inti atom Helium . Peluruhan alpha terjadi jika inti menjadi tidak stabil karena besarnya jumlah nucleon A, serta inti melepaskan partikel alpha sehingga nomor atom Z berkurang 2 dan nomor massa A berkurang 4. Reaksi peluruhan alpha dapat ditulis sebagai … (1.2) di mana Q adalah energi yang dilepaskan pada reaksi tersebut, yang nilainya sebesar … (1.3) Nilai Q positif menunjukkan bahwa reaksi tersebut menghasilkan energi, sedangkan nilai Q negatif menunjukkan reaksi yang membutuhkan energi. Suatu reaksi hanya bisa berlangsung secara spontan jika Q ≥ 0. Nilai Q yang positif juga menunjukkan bahwa massa total inti hasil reaksi harus lebih kecil sama dengan massa inti sebelum reaksi.

Peluruhan alpha merupakan satu-satunya reaksi yang menghasilkan Q bernilai positif (Abdurrouf, 2015). Partikel alpha digunakan untuk memborbardir bebagai sasaran. Salah satu eksperimen yang terkenal dilakukan oleh Earnest Rutherford pada 1917 yang mengarah pada penemuan struktur atom. Partikel alpha terdiri atas dua proton dan dua neutron. Besarnya partikel alpha dipancarkan dari peluruhan nucleus radioaktif yang berat, seperti Uranium, Actinium, dan Radium. Meskipun memiliki energi yang cukup besar, memiliki sifat pengion yang tinggi, ukuran dan berat partikel alpha membuatnya cepat kehabisan energi dalam jarak tempuh yang relatif pendek, maka dari itu partikel alpha akan mudah terhenti saat mengenai kertas atau kulit manusia sehingga partikel alpha memiliki resiko kesehatan yang rendah (Donya et all, 2014).

BAB II METODOLOGI 2.1

Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain, sebuah bahan radioaktif Am-241, sebuah bahan radioaktif Ra-226, sebuah digital counter, sebuah detektor sintilator, sebuah high voltage power supply, sebuah penyangga, sebuah oscilloscope, sebuah single channel analyser, dan beberapa buah kabel penghubung.

2.2

Tata Laksana Percobaan Peralatan dirangkai seperti pada video panduan yang digunakan untuk simulasi. Kabel detektor semikonduktor disambungkan ke single channel analyser dan ke channel I dan II pada oscilloscope. Kabel digital counter disambungkan ke single channel analyser dan ke digital counter itu sendiri. Bahan radioaktif berupa Radium dipasangkan pada gagang penyangga dan dimasukkan ke detektor semikonduktor. Single channel dan oscilloscope dinyalakan. Digital counter dinyalakan dan dilakukan perhitungan. Hal yang sama dilakukan untuk percobaan bahan radioaktif Ameresium.

BAB III ANALISIS DAN PEMBAHASAN 3.1 Data Hasil Pecobaan 3.1.1 Data Praktikum Radium

Ameresium - 241

level energi

N1

N2

N3

N4

N5

0

92

100

100

95

0,5

96

92

90

1

94

90

1,5

84

2

N1

N2

N3

N4

N5

N ratarata

96

N ratarata 96,6

102

98

94

90

86

94

90

85

90,6

83

83

84

72

70

78,4

90

78

92

88,8

82

75

78

72

99

81,2

80

82

87

92

85

80

74

94

57

67

74,4

90

98

100

94

96

95,6

84

82

96

75

98

87

2,5

78

92

95

84

85

86,8

75

76

74

68

82

75

3

92

89

90

77

77

85

65

59

70

60

60

62,8

3,5

92

92

94

81

74

86,6

64

66

65

65

73

66,6

4

89

96

98

100

91

94,8

73

65

64

65

69

67,2

4,5

94

98

96

99

96

96,6

86

75

79

79

84

80,6

5

100

89

86

79

90

88,8

80

83

84

84

82

82,6

5,5

82

95

94

90

95

91,2

78

80

77

85

89

81,8

6

77

82

88

82

81

82

94

94

100

92

90

94

6,5

82

85

92

78

75

82,4

111

104

101

102

116

106,8

7

88

92

94

82

92

89,6

131

120

135

137

137

132

7,5

94

85

92

100

80

91,4

137

147

139

157

155

147

8

80

77

78

73

78

77,2

158

159

162

168

172

163,8

8,5

80

77

82

90

88

83,4

164

173

170

176

177

172

9

94

88

80

84

75

84,2

200

196

201

208

223

205,6

9,5

77

86

78

80

69

77

210

211

203

199

192

203

10

72

62

68

92

84

75,6

220

216

226

232

227

224,2

3.1.2 Data Simulasi Radium

Ameresium - 241

level energi

N1

N2

N3

N4

N5

0

84

96

89

80

0,5

93

92

81

1

89

83

1,5

96

2

N1

N2

N3

N4

N5

N ratarata

93

N ratarata 88,4

104

101

98

101

88

98,4

83

77

85,2

108

85

82

101

77

90,6

75

85

88

84

100

100

104

88

91

96,6

88

84

75

95

87,6

94

96

104

84

86

92,8

92

81

87

80

79

83,8

88

92

90

88

88

89,2

2,5

85

101

91

84

93

90,8

108

86

105

85

106

98

3

99

97

96

87

99

95,6

95

92

93

105

93

95,6

3,5

74

95

80

75

97

84,2

104

97

84

103

106

98,8

4

85

92

84

86

88

87

89

91

88

83

106

91,4

4,5

96

120

117

114

133

116

111

95

96

105

96

100,6

5

104

154

153

147

109

133,4

95

90

79

98

97

91,8

5,5

196

185

180

168

177

181,2

322

336

327

334

326

329

6

144

140

156

156

159

151

154

146

157

180

168

161

6,5

83

84

97

93

86

88,6

82

88

91

98

90

89,8

7

96

77

86

84

84

85,4

75

87

106

91

93

90,4

7,5

131

125

137

120

117

126

94

93

95

105

85

94,4

8

119

101

106

113

104

108,6

107

90

86

101

95

95,8

8,5

86

81

78

94

83

84,4

96

108

90

78

92

92,8

9

87

90

85

86

94

88,4

102

97

99

98

93

97,8

9,5

92

86

86

76

98

87,6

113

94

89

85

96

95,4

10

98

84

91

84

87

88,8

94

98

96

86

92

93,2

3.2 Grafik 3.2.1 Grafik Praktikum 3.2.1.1 Radium - 266

Percobaan Radium - 226 100

Impuls Ratarata (Hz)

2, 95.6

4.5, 96.6

95 5.5, 91.2 90 85 80 75 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11

Level Energi

Ameresium - 241

Percobaan Ameresium - 241 300

Impuls Ratarata (Hz)

3.2.1.2

250 9, 205.6 200 150

100 50 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10

Level Energi

3.2.2 Grafik Simulasi 3.2.2.1 Radium - 226

Simulasi Radium - 226

Impuls Ratarata (Hz)

193

181.2

173 153 7.5, 126

133 113

3, 95.6

93 73 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10

Level energi

3.2.2.2

Ameresium - 241

Simulasi Ameresium - 241 5.5, 329

impuls Ratarata (Hz)

350

300 250 200 150 100

50 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10

Level Energi

3.3 Perhitungan 3.3.1 Percobaan Diketahui

: a max = 7,68 MeV a min = 4,78 MeV b max= 5,5 b min = 2 b =9

𝑎 max − 𝑎 𝑚𝑖𝑛

Kα = 𝑏 max − 𝑏 𝑚𝑖𝑛 = 𝛼−𝑎 𝑚𝑖𝑛

K𝛼 = 𝑏−𝑏 𝑚𝑖𝑛

7,68−4,78 5,5−2

0,83

2,9

= 3,5 = 0,83

=

𝛼−4,78 9−2

(7)(0,83) = α – 4,78 5,81 = α – 4,78

α = 10,59 MeV

3.3.2 Simulasi Diketahui

: a max = 7,68 MeV a min = 4,78 MeV b max= 7,5 b min = 3 b = 5,5

𝑎 max − 𝑎 𝑚𝑖𝑛

Kα = 𝑏 max − 𝑏 𝑚𝑖𝑛 = 𝛼−𝑎 𝑚𝑖𝑛

K𝛼 = 𝑏−𝑏 𝑚𝑖𝑛

7,68−4,78 7,5−3

0,64

2,9

= 4,5 = 0,64

=

𝛼−4,78 5,5−3

(2,5)(0,64) = α – 4,78 1,6 = α – 4,78

α = 6,38 MeV

3.4 Pembahasan 3.4.1 Analisis Prosedur 3.4.1.1 Fungsi Alat Beberapa alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan ini, antara lain sebuah bahan radioaktif Ameresium–241, sebuah bahan radioaktif Radium-226, sebuah digital counter, sebuah detektor sintilator, sebuah power supply, sebuah penyangga, sebuah oscilloscope, sebuah single channel analyser, dan beberapa kabel penghubung. Bahan radioaktif Ameresium–241 dan Radium-226 digunakan sebagai bahan yang akan diamati jumlah impulsnya, di mana Radium-226 digunakan sebagai level energi acuan, sedangkan Ameresium-241 digunakan sebagai bahan yang dicari besar energi radiasi gamma berdasarkan perbandingan level energi Ameresium-241 terhadap literatur. Digital counter digunakan sebagai alat penghitung jumlah impuls. Sintilator digunakan sebagai alat pendeteksi adanya radiasi atau impuls radiasi gamma yang dipancarkan oleh bahan radioaktif yang digunakan. Power supply digunakan sebagai pemberi atau sumber tegangan pada rangkaian percobaan. Penyangga digunakan sebagai penyangga sintilator.Oscilloscope digunakan sebagai penampil gelombang dari radiasi gamma. Single channel analyser digunakan sebagai alat penentu level energi yang digunakan pada percobaan. Kabel penghubung digunakan sebagai penghubung antara alat yang satu dengan alat yang lain. 3.4.1.2

Fungsi Perlakuan Sebelum percobaan dimulai, semua peralatan yang digunakan dirangkai sesuai dengan ketentuan yang ada agar terhindar dari kerusakan alat. Setelah itu sumber listrik dinyalakan agar peralatan yang telah dirangkai mendapatkan arus listrik sehingga dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Bahan radioaktif berupa Radium-226 dimasukkan ke lubang penyangga dan dimasukkan pada detektor agar dapat terdeteksi adanya radiasi alpha dari bahan tersebut. Jangan ada praktikan yang berada di arah yang sama dengan bahan radioaktif tersebut karena sangat berbahaya. Single channel analyser diset pada level energi 0 dan dilihat angka yang keluar pada digital counter sebagai besarnya impuls atau intensitas radiasi alpha yang terpancar. Dilakukan hal yang serupa pada level energi 0 sampai 10 dengan range pengambilan data sebesar 0,5. Frekuensi atau angka yang

muncul pada digital counter dicatat dan dilakukan pengulangan sebanyak 5 kali untuk setiap level energi yang digunakan. Dilakukan pengulangan dalam pengambilan data tersebut agar didapatkan variasi data percobaan berupa gelombang yang terlihat pada oscilloscope. Langkah yang sama dilakukan untuk bahan radioaktif Ameresium-241. 3.4.2 Analisis Hasil Berdasarkan percobaan radiasi Alpha yang telah dilakukan didapatkan hasil data di antaranya level energi, impuls radiasi yang kemudian dilakukan perata-rataan sehingga menghasilkan impuls radiasi rata-rata. Pada percobaan praktikum, untuk Radium-226 didapatkan jumlah impuls tertinggi pada level energi 2 dan 5,5 (puncak sebelum dan sesudah puncak tertinggi utama), sedangkan untuk unsur Ameresium-241 semakin meningkatnya level energi yang digunakan maka impuls radiasi yang terdeteksi akan semakin banyak. Data yang telah diperoleh kemudian dibuat suatu grafik, di mana impuls rata-rata sebagai sumbu y dan level energi sebagai sumbu x, baik untuk grafik unsur Radium-226 maupun unsur Ameresium-241. Berdasarkan grafik yang telah dibuat tersebut dapat digunakan untuk menentukan energi kinetik dari unsur Ameresium-241 dengan unsur Radium-226 sebagai faktor pembanding. Besarnya energi kinetik yang diperoleh setelah dilakukan perhitungan yaitu 10,59 MeV, di mana hasil tersebut tidak sesuai dengan literatur yang memiliki nilai sebesar 5,5 MeV. Sedangkan untuk grafik simulasi didapatkan puncak tertinggi sebelum dan sesudah puncak tertinggi utama berada pada level energi 3 dan 7,5 untuk unsur Radium-226 dan puncak tertinggi untuk unsur Ameresium-241 pada level energi 5,5 MeV. Besarnya energi kinetik yang diperoleh setelah dilakukan perhitungan yaitu 6,38 MeV, dengan energi kinetik pada literatur sebesar 5,5 MeV untuk unsur Ameresium241. Ketidaksesuaian antara hasil percobaan dengan nilai literatur ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor yang salah satunya dapat disebabkan oleh kurang fokusnya praktikan dalam melakukan percobaan atau kurang berfungsinya dengan baik alat atau bahan yang digunakan untuk percobaan. Jika dibandingkan besarnya energi kinetik antara praktikum dengan simulasi, pada praktikum terjadi perbedaan yang cukup jauh antara nilai literatur dengan nilai yang telah diperoleh pada saat percobaan dilakukan secara langsung daripada pada saat simulasi. Hal ini dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain faktor alat maupun faktor keadaan, di mana pada percobaan praktikum menggunakan alat maupun bahan yang sudah tua sehingga mengurangi fungsi dari bahan atau alat yang digunakan yang berpengaruh terhadap impuls yang terdeteksi pada detektor semikonduktor. Radiasi adalah cara energi dikeluarkan oleh atom dalam bentuk sinar-X, sinar gamma, neutron, atau partikel listrik. Kebanyakan atom yang stabil tidak bersifat radioaktif, sedangkan atom yang tidak stabil bersifat radioaktif dan cennderung melepaskan radiasi gamma atau praktikel ketika mencapai kestabilannya. Sinar alpha merupakan radiasi partikel yang bermuatan positif. Partikel sinar alpha sama dengan inti Helium -4, bermuatan +2e dan bermassa 4 sma. Partikel alpha adalah partikel terberat yang dihasilkan oleh zat radioaktif. Sinar alpha dipancarkan dari inti dengan kecepatan sekitar 1:10 kecepatan cahaya. Karena memiliki massa yang besar maka sinar alpha memiliki daya tembus paling lemah diantara sinar-sinar radioaktif lainnya. Di udara hanya dapat menembus beberapa cm saja dan tidak dapat menembus kulit.

Sinar alpha dapat dihentikan oleh selembar bertas basa. Sinar alpha segera kehilangan energinya ketika bertabrakan dengan molekul media yang dilaluinya. Tabrakan tersebut menyebabkan media yang dilaluinya mengalami ionisasi. Akhirnya partikel alpha akan menangkap 2 elektron dan berubah menjadi atom Helium. Reaksi peluruhan alpha sesuai dengan persamaan (1.2). nilai Q pada persamaan (1.2) merupaka energi yang dilepaskan pada reaksi tersebut, di mana jika Q bernilai positif menunjukkan bahwa reaksi tersebut menghasilkan energi, dan jika Q bernilai negatif menunjukkan bahwa reaksi tersebut membutuhkan energi. Suatu reaksi akan berlangsung secara spontan jika Q » 0. Nilai Q yang positif juga menunjukkan bahwa massa letal inti hasil reaksi harus lebih kecil atau sama dengan massa inti sebelum reaksi. Pada prinsipnya detektor semikonduktor bekerja melalui konsep konduktivitas suatu bahan yang disebabkan oleh adanya radiasi ionisasi. Energi radiasi yang memasuki bahan semikonduktor akan diserap oleh bahan sehingga memberikan energi yang cukup besar. Pada suhu ruang, beberapa elektron tereksitasi ke pita konduksi dan ada lubang di pita valensi. Lubang ini dapat diisi elektron dari atom sebelahnya maka seakan lubang ini dapat bergerak (tentu mmuatan positif inti atom tak berpindah). Untuk mengontrol konduksi di semikonduktor, sejumlah kecil bahan dari golongan III atau V yang dikenal sebagai doping diberikan pada bahan semikonduktor ini. Dengan adanya bahan doping gol. V maka ada atom dari doping ini yang kelebihan elektron (tak berpasangan). Elektron ini mudah terksitasi ke pita konduksi. Bahan ini menjadi semikonduktor tipe n. Sebaliknya kalau doping dari golongan III maka atom doping hanya bervalensi 3 maka ada sebuah lubang yang mudah diisi oleh elektron dari pita valensi. Bahan ini menjadi semikonduktor tipe p). Sambungan semikonduktor dibuat dengan menyambungkan semikonduktor tipe N dengan tipe P (P-N junction). Kutub positif dari tegangan listrik eksternal dihubungkan ke tipe N sedangkan kutub negatifnya ke tipe P. Jika semikonduktor tipe n dan tipe p disambungkan maka elektron dari tipe n akan menyeberang sambungan menuju tipe p menyebabkan terjadinya daerah deplesi. Di sekitar sambungan ini pembawa muatan bebas ternetralisasi. Akibatnya terjadi medan listrik di sekitar sambungan yang mencegah penyeberangan selanjutnya. Bila partikel radioaktif memasuki daerah deplesi dan menimbulkan ionisasi (pasangan elektron dan hole) maka elektron dan hole akan bergerak dalam arah berlawanan di bawah medan listrik yang ada sehingga tercipta pulsa elektronik yang sebanding dengan energi partikel radioaktif tersebut. Hal tersebut menyebabkan pembawa muatan positif akan tertarik ke atas (kutub negatif) sedangkan pembawa muatan negatif akan tertarik ke bawah (kutub positif), sehingga terbentuk (depletion layer) lapisan kosong muatan pada sambungan PN. Dengan adanya lapisan kosong muatan ini maka tidak akan terjadi arus listrik. Bila ada radiasi pengion yang memasuki lapisan kosong muatan ini maka akan terbentuk ion-ion baru, elektron dan hole, yang akan bergerak ke kutub-kutub positif dan negatif. Tambahan elektron dan hole inilah yang akan menyebabkan terbentuknya pulsa atau arus listrik. Sambungan semikonduktor jenis n dan p yang bertindak sebagai detektor semikonduktor.

Partikel alpha ini dapat menghasilkan ionisasi, di mana ionisasi ini dapat digunakan dalam bidang biologi yaitu dapat menggantikan sel-sel yang rusak secara total. Partikel alpha tersebut ditembakkan pada inti atom maka akan menghasilkan

radioisotop (yang lebih sering digunakan untuk menembak adalah neutron). Muatan positif partikel alpha sangat berguna dalam bidang industry, antara lain Radium-226 dapat digunakan untuk pengobatan kanker yakni dengan memisahkan jumlah kecil Radium ke daerah yang terkena tumor, Polonium-210 berfungsi sebagai alat statit eliminator dari paper mills di pabrik kertas dan industry lainnya, serta beberapa detector asap memanfaatkan emisi alpha dari Ameresium-241 untuk membantu menghasilkan arus listrik sehingga mampu menghasilkan alm saat terjadi kebakaran.

BAB IV PENUTUP 4.4.1.1

Kesimpulan Setelah dilakukan percobaan mengenai radiasi alpha, dapat diperoleh data berupa jumlah impuls rata-rata, faktor perbandingan level energi radiasi alpha pada unsur Radium dan Ameresium, serta level energi radiasi alpha Ameresium yang terdeteksi berdasarkan faktor perbandingan tersebut. Data hasil percobaan praktikum diperoleh level energi tertinggi pada 4,5 untuk Radium-226 dan 9 untuk Ameresium-241 dengan energi kinetik sebesar 10,59 MeV. Sedangkan pada simulasi diperoleh level energi tertinggi pada 5,5 untuk Radium-226 dan Ameresium-241 dengan energi kinetik sebesar 6,38.

4.2

Saran Praktikan harus teliti dan berhati-hati terhadap bahan radioaktif yang digunakan pada saat percobaan dilakukan.

DAFTAR PUSTAKA Abdurrouf. 2015. Fisika Inti : Teori dan Penerapannya. Malang : Universitas Brawijaya. Donya, Mohamed., M.Radford., A.Elgoindy., D.Firmin., M.H.Yacoub. 2014. Radiation in Medicine : Origins, Risks, and Aspriration. Global Cardiology Science & Practice (A Qatar Foundation Academic Journal). 57, 437-448. Hallenbeck, William.H. 1994. Radiation Protection. New York : CLC Press LLC. Wardhana. 1994. Teknik Analisis Radioaktivitas Lingkungan. Yogyakarta : Andi Offset.

LAMPIRAN

Hallenbeck, William H. 1994. Radiation Protection. New York.: CLC Press LLC.

Wardhana. 1994. Teknik Analisis Radioaktivitas Lingkungan. Yogyakarta: Andi Offset.

Abdurrouf. 2015. Fisika Inti : Teori dan Penerapannya. Malang : Universitas Brawijaya.

Donya, Mohamed., M. Radford., A. Elguindy., D. Firmin., M. H. Yacoub. 2014. Radiation in Medicine : Origins, Risks, and Aspirations. Global Cardiology Science and Practice. Aswan : Aswan Healt Centre.