Penemuan Radiasi.docx

Penemuan Radiasi , , dan  Ringkasan Sekitar tahun 1898, Rutherford menemukan bahwa sedikitnya ada 2 jenis radiasi yang berbeda yang dipancarkan dari materi radioaktif alam seperti uranium dan thorium. Radiasi yang memiliki daya tembus kecil disebut radiasi  dan yang daya tembusnya lebih kuat disebut radiasi . Selain itu terdapat radiasi yang daya tembusnya besar melebihi radiasi yang diberi nama radiasi .

Uraian 1. Penemuan radiasi yang sifatnya berbeda. Thomson (Joseph John Thomson) melakukan penelitian sinar katoda di pusat penelitian Cavendish di Universitas Cambridge dan menemukan elektron yang merupakan salah satu pembentuk struktur dasar materi. Pada tahun 1895 datanglah Ernest Rutherford, seorang kelahiran Selandia Baru yang bermigrasi ke Inggris, untuk bekerja di bawah bimbingan J.J. Thomson. Pada mulanya Rutherford tertarik kepada efek radioaktivitas dan sinar-X terhadap konduktivitas listrik udara. Partikel (radiasi) berenergi tinggi yang dipancarkan oleh bahan radioaktif menumbuk dan melepaskan elektron dari atom yang ada di udara, dan inilah yang menghantarkan arus listrik. Setelah mengadakan penelitian bersama dengan J.J. Thomson, pada tahun 1898 Rutherford menunjukkan bahwa sinar-X dan radiasi yang dipancarkan oleh materi radioaktif pada dasarnya bertingkah laku sama. Selain itu berdasarkan pengukuran serapan materi terhadap radiasi yang dipancarkan oleh materi radioaktif seperti uranium atau thorium, ia menyatakan paling sedikit ada 2 jenis radiasi yang dipancarkan oleh bahan radioaktif alam uranium dan thorium. Satu memiliki daya ionisasi yang sangat besar, karena itu mudah diserap oleh materi, dapat dihentikan dengan kertas tipis, yang satu lagi memiliki daya ionisasi yang lebih kecil dan daya tembus yang besar. Menggunakan dua huruf pertama abjad Yunani, yang pertama disebut radiasi , yang kedua radiasi . Selain itu juga diketahui adanya radiasi yang memiliki daya tembus lebih besar dari pada , dan radiasi ini disebut radiasi . Garis besar sifat radiasi ,  dan  ditunjukkan pada Gambar 1. Radiasi  dapat ditahan dengan selembar kertas,  dengan 1 mm aluminium,  dengan 1,5 cm timbal (Gambar 2). 2. Esensi radiasi . Sedikit lebih sulit untuk membelokkan lintasan radiasi  daripada elektron, tetapi Rutherford (saat itu di Universitas McGill) berhasil melakukan percobaan ini (1903), dan ini berarti membuka jalan untuk mendapatkan nilai rasio antara massa dengan muatan listrik radiasi . Akibat dari upaya terus menerus meningkatkan akurasi pengukuran, pada tahun 1906 ia mengetahui bahwa nilai rasio ini sekitar 2 kali nilai pada hidrogen. Karena tidak ada unsur yang memiliki nomor atom 2, dapat dijelaskan bahwa radiasi  adalah ion helium yang memiliki muatan listrik 2 dan nomor atom 4. Helium merupakan unsur ringan setelah hidrogen. Dengan demikian diketahui bahwa radiasi  adalah inti atom helium yang memiliki muatan listrik positif. Pada tahun 1903 ada yang menyatakan bahwa helium terbentuk dari bahan radioaktif tertentu (Ramse dan Soddi; McGill University). Rutherford dan rekan sekerjanya mengumpulkan partikel  yang dipancarkan oleh radium dan memastikan bahwa spektrum cahayanya sama dengan helium (1907 - 1908). 3. Esensi radiasi .

Becquerel menyatakan bahwa sebagian radiasi yang dipancarkan uranium (oleh Rutherford disebut radiasi ) dibelokkan oleh medan magnet dan arahnya sama dengan sinar katoda (1899). Rutherford dan F. Gissel yang bekerja secara terpisah juga menemukan hal yang sama. Becquerel menggunakan cara yang sama dengan yang dilakukan Thomson mengukur rasio massa dengan muatan listrik radiasi . Ia menemukan bahwa nilai rasionya mendekati nilai untuk elektron yang diukur Thomson. Dengan demikian jelaslah bahwa radiasi  adalah elektron yang bermuatan listrik negatif. Hanya saja kecepatannya lebih besar daripada kecepatan sinar katoda. 4. Esensi radiasi . Radiasi  memiliki daya tembus besar dan tidak dibelokkan oleh medan magnet. Radiasi ini diamati oleh Paul Ulrich Villard dari Perancis pada tahun 1900. Rutherford menyebut radiasi ini radiasi  (1903). Rutherford berpendapat bahwa radiasi  adalah cahaya dengan panjang gelombang pendek seperti sinar-X. Hal ini terbukti seteleh dilakukan pengukuran panjang gelombang radiasi  melalui pengamatan hamburan sinar  oleh kristal (tahun 1914, Rutherford dan E.N. DaCosta A.).

1. KESTABILAN INTI ATOM Kestabilan inti atom ditentukan oleh jumlah proton dan netron didalam inti. Dari 1500 inti yang telah diketahui, hanya ± 400 inti yang stabil. Gambar di bawah ini menunjukkan diagram N-Z, yang menyatakan hubungan antara jumlah proton (N) dan jumlan netron (Z) untuk sejumlah inti stabil. Inti-inti tidak stabil ini secara spontan akan melakukan peluruhan untuk menuju daerah kestabilan inti dengan memancarkan partikel radioaktif. Untuk atom ringan ( Z < 20 ), inti stabil jika N = Z atau N/Z = 1 Untuk atom berat ( 20 < Z < 83 ) , inti stabil jika N/Z = 1,6 Tidak ada inti stabil untuk Z > 83 Komposisi jumlah proton dan neutron di dalam inti atom sangat mempengaruhi kestabilan inti atom tersebut. Inti atom dikatakan stabil bila komposisi jumlah proton dan neutronnya sudah ”seimbang” serta tingkat energinya sudah berada pada keadaan dasar. Jumlah proton dan neutron maupun tingkat energi dari inti-inti yang stabil tidak akan mengalami perubahan selama tidak ada gangguan dari luar. Sebaliknya, inti atom dikatakan tidak stabil bila komposisi jumlah proton dan neutronnya “tidak seimbang” atau tingkat energinya tidak berada pada keadaan dasar. Perlu dicatat bahwa komposisi proton dan neutron yang “seimbang” atau “tidak seimbang” di atas tidak berarti mempunyai jumlah yang sama ataupun tidak sama. Setiap inti atom mempunyai “kesetimbangan” yang berbeda. Secara umum, kestabilan inti-inti ringan terjadi bila jumlah protonnya sama dengan jumlah neutronnya. Sedangkan kestabilan inti-inti berat terjadi bila jumlah neutron maksimum 1,5 kali jumlah protonnya. Tabel periodik merupakan suatu tabel yang mencantumkan semua

kemungkinan posisi nuklida baik yang stabil maupun yang tidak stabil. Nuklida-nuklida yang tidak stabil disebut sebagai radionuklida. Tabel nuklida juga dapat menunjukkan posisi dari nuklida-nuklida yang merupakan isotop yaitu petak-petak yang horisontal, misalnya Na-20, Na-21, Na-22 dan seterusnya. Isotop yang tidak stabil disebut sebagai radioisotop. Pada dasarnya, radioisotop dan radionuklida adalah istilah yang sama yaitu menunjukkan inti-inti atom yang tidak stabil. Bahan yang terdiri atas radionuklida dengan jumlah cukup banyak disebut bahan radioaktif. Inti-inti atom yang tidak stabil, baik karena komposisi jumlah proton dan neutronnya yang tidak seimbang ataupun karena tingkat energinya yang tidak berada pada keadaan dasarnya, cenderung untuk berubah menjadi stabil. Bila ketidakstabilan inti disebabkan karena komposisi jumlah proton dan neutronnya yang tidak seimbang, maka inti tersebut akan berubah dengan memancarkan radiasi alpha atau radiasi beta (β). Kalau ketidakstabilannya disebabkan karena tingkat energinya yang berada pada keadaan tereksitasi maka akan berubah dengan memancarkan radiasi gamma. Proses perubahan atau transformasi inti atom yang tidak stabil menjadi atom yang lebih stabil tersebut dinamakan peluruhan radioaktif. Proses peluruhan radioaktif seringkali harus melalui beberapa intermediate (antara) sebelum menjadi inti atom yang stabil. Jadi seringkali suatu radionuklida tidak berubah langsung menjadi nuklida yang stabil, melainkan mengalami beberapa perubahan lebih dulu menjadi radionuklida yang lain sebelum akhirnya menjadi nuklida yang stabil. Misalnya dari nuklida X yang tidak stabil berubah menjadi nuklida Y yang juga masih tidak stabil kemudian berubah lagi menjadi nuklida Z yang stabil. Peluruhan seperti ini dinamakan peluruhan berantai. Contohnya adalah 8O16, 11Na22, 2He4 dan 6C12. Berarti 2He4 dan 6C14 tidaklah stabil atau termasuk radioisotop yang dapat memancarkan zat-zat radioaktif. Untuk inti dengan Z > 20 yang akan stabil jika nilai N lebih besar dari Z (N/Z > 1) berarti jumlah netronnya harus lebih banyak dari jumlah proton dalam inti.

B. PELURUHAN RADIOAKTIVITAS

Peluruhan radioaktif adalah kumpulan beragam proses di mana sebuah inti atomyang tidak stabil memancarkan partikel subatomik (partikel radiasi). Peluruhan terjadi pada sebuah nukleus induk dan menghasilkan sebuah nukleus anak. Ini adalah sebuah proses acak sehingga sulit untuk memprediksi peluruhan sebuah atom. Satuan internasional (SI) untuk pengukuran peluruhan radioaktif adalah becquerel(Bq). Jika sebuah material radioaktif menghasilkan 1 buah kejadian peluruhan tiap 1 detik, maka dikatakan material tersebut mempunyai aktivitas 1 Bq. Karena biasanya sebuah sampel material radiaktif mengandung banyak atom,1 becquerel akan tampak sebagai tingkat aktivitas yang rendah; satuan yang biasa digunakan adalah dalam orde gigabecquerels. Radioaktivitas disebut 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. Jenis Sinar Radioaktif Berdasarkan partikel penyusunnya, sinar radioaktif dibagi menjadi tiga, yaitu sinar alfa, sinar beta, dan sinar gamma. 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 Beta (sinar β) Sinar beta merupakan elektron berenergi tinggi yangberasal dari inti atom. Berikut ini beberapa sifat alamiah sinar beta. 1) Mempunyai daya ionisasi yang lebih kecil dari sinar alfa. 2) Mempunyai daya tembus yang lebih besar daripada sinar alfa. 3) Dapat dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet. Sinar Gamma (sinar ˠ) 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. 1) Sinar gamma tidak memiliki jangkauan maksimal di udara, semakin jauh dari sumber intensitasnya makin kecil. 2) Mempunyai daya ionisasi paling lemah. 3) Mempunyai daya tembus yang terbesar. 4) Tidak membelok dalam medan listrik maupun medan magnet. 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 4He 2 ), maka inti tersebut kehilangan 2 proton dan 2 neutron, sehingga Z berkurang 2, n berkurang 2, dan A berkurang 4. Persamaan peluruhannya: AX A-4Y 4He + Z

Z-2

2

(inti induk)

(inti anak)

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: X

Y

A Z

A Z+1

X

Y

A Z

+

0

β

+

0

β

X = Inti Induk

-1 A

Z-1

X = Inti Anak

+1

Peluruhan Sinar 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: X*

X

A Z

A Z

+

ˠ