Proses Radioaktivitas

Seperti yang telah dijelaskan pada sub-bab sebelumnya, inti atom suatu unsur dapat bersifat stabil atau tidak stabil. Lalu, bagaimana dengan inti atom yang tidak stabil? Apakah ia akan selalu berada dalam keadaan tidak stabil? Jika tidak, apa yang dilakukan oleh inti tersebut agar menjadi stabil?

Pengetahuan tentang inti atom dimulai pada tahun 1896 ketika Antoine Henri Becquerel menemukan gejala radioaktivitas secara tidak sengaja. Ia memperhatikan bahwa bahan tertentu yang memancarkan sinar mampu menampilkan sifat fluoresensi dan fosforesensi, yang membuktikan bahwa bahan tersebut bersifat radioaktif. Penyelidikan lebih lanjut oleh ilmuwan seperti Pierre Curie dan Marie Curie mengarah pada penemuan unsur-unsur baru, seperti polonium dan radium, yang juga menunjukkan sifat radioaktif.

Radioaktivitas adalah sifat suatu unsur yang dapat memancarkan radiasi secara spontan dan biasanya bersifat tidak stabil. Hal ini dilakukan oleh inti atom yang tidak stabil untuk menjadi stabil.

Partikel Radiasi

Unsur-unsur yang bersifat radioaktif dapat memancarkan tiga jenis radiasi, yaitu sinar alpha (α), sinar beta (β), dan sinar gamma (γ). Arah ketiga sinar radioaktif ini ketika melewati medan magnet adalah keluar dari bidang seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar ini menggambarkan bagaimana partikel sinar alpha, beta, dan gamma dipengaruhi oleh medan magnet.

Sebaliknya, ketika sinar beta (β) dibelokkan ke kanan dalam medan magnet, sinar β bermuatan negatif. Sinar β memiliki daya tembus yang lebih besar dibandingkan sinar alpha, namun daya ionisasi sinar beta lebih kecil dibandingkan dengan sinar alpha.

Untuk sinar gamma (γ) tidak terpengaruh oleh medan magnet sehingga dapat disimpulkan bahwa sinar gamma adalah gelombang elektromagnetik. Sinar γ memiliki daya tembus yang sangat besar dan daya ionisasi yang sangat kecil.

Selain sinar α, β, dan γ, ketika inti atom mengalami peluruhan, inti atom juga dapat memancarkan partikel-partikel radiasi lainnya. Setiap partikel ini memiliki massa dan muatan yang berbeda, yang dapat dilihat pada tabel berikut ini.

Jenis Partikel Radiasi	Simbol	Muatan	Massa
Neutron —	— <span data-tex="{}_{0}^{1}n"></span>	0 —	1 —
Proton —	atau — <span data-tex="{}_{1}^{1}p"></span> atau <span data-tex="{}_{1}^{1}H"></span>	+1 —	1 —
Positron —	— <span data-tex="{}_{+1}^{\ \ 0}e"></span>	+1 —	0 —
Deutron —	atau — <span data-tex="{}_{1}^{2}D"></span> atau <span data-tex="{}_{1}^{2}H"></span>	+1 —	2 —
Triton —	atau — <span data-tex="{}_{1}^{3}T"></span> atau <span data-tex="{}_{1}^{3}H"></span>	+1 —	3 —

Alat-Alat Deteksi Sinar Radioaktif

Sinar radioaktif seperti sinar α, β, dan γ tidak bisa dilihat dengan mata telanjang, sehingga diperlukan alat khusus untuk mendeteksinya. Sinar-sinar ini dapat terdeteksi menggunakan alat yang sensitif, yaitu detektor yang berfungsi sebagai transduser. Detektor radiasi nuklir digunakan untuk memanfaatkan interaksi radiasi dengan materi, menghasilkan sinyal yang mudah dilihat dan diukur.

Ada berbagai alat yang digunakan untuk mendeteksi sinar radioaktif, seperti detektor Geiger Muller, kamar kabut Wilson, foto emulsi, dan detektor sintilasi. Pencacah Geiger Muller bekerja dengan memanfaatkan ionisasi gas sehingga dapat mengukur sinar radioaktif yang melewatinya. Semakin banyak sinar radioaktif yang terdeteksi, semakin sering suara klik yang terdengar.

Pada kamar kabut Wilson, sinar radioaktif yang melewati akan mengionisasi atom-atom uap yang ada, menciptakan jejak ion yang terlihat. Sementara itu, foto emulsi memungkinkan untuk memperlihatkan jejak sinar radioaktif yang telah melewatinya.

Partikel yang lewat ini tidak langsung terlihat, namun jejak partikel tersebut bisa dilihat pada pelat fotografi yang akan menunjukkan jenis sinar yang lewat. Di sisi lain, detektor sintilasi menggunakan bahan yang memancarkan cahaya saat terkena radiasi. Cahaya yang dihasilkan oleh bahan sintilator ini memiliki intensitas yang sebanding dengan energi radiasi yang mengenai bahan tersebut. Alat pencacah sintilasi ini berfungsi untuk mengukur energi radiasi dari sinar radioaktif.

Besaran-Besaran pada Radioaktivitas

Peristiwa pecahnya inti atom secara spontan dengan disertai radiasi sinar-sinar radioaktif disebut peluruhan (disintegrasi). Unsur radioaktif yang terus-menerus meluruh akan makin besar energi dan massanya berkurang. Laju peluruhan suatu unsur radioaktif menyatakan jumlah inti atom yang hilang dalam waktu tertentu.

Secara matematis, laju peluruhan dapat dinyatakan dengan persamaan:

atau

Jika kedua ruas diintegralkan, maka:

Keterangan rumus:

N = jumlah inti atom yang belum meluruh

λ = konstanta peluruhan

t = lamanya peluruhan

Waktu paruh adalah waktu yang dibutuhkan untuk jumlah inti radioaktif yang belum meluruh menjadi setengah dari jumlah mula-mula. Persamaan waktu paruh dapat dituliskan sebagai berikut:

T = waktu paruh (s)

Dengan demikian, setelah melewati waktu t detik, jumlah inti yang tersisa (belum meluruh) dapat dihitung dengan persamaan berikut:

Persamaan tersebut juga berlaku untuk menghitung massa zat radioaktif yang belum meluruh, dengan persamaan sebagai berikut:

Dimana:

Aktivitas radioaktif adalah banyaknya kejadian peluruhan tiap detik. Aktivitas radioaktif diukur dalam satuan Becquerel (Bq), yang setara dengan satu kejadian per detik.

Secara matematis, aktivitas radioaktif dapat dinyatakan dengan persamaan:

A = aktivitas radioaktif (Bq)

N = jumlah inti yang belum meluruh

Umur rata-rata suatu atom yang mengalami peluruhan adalah kebalikan dari konstanta peluruhan. Umur rata-rata dapat dihitung dengan persamaan:

Dosis serap adalah banyaknya energi yang diserap oleh massa benda yang menyerap radiasi. Dosis serap dapat dinyatakan dengan rumus:

Intensitas sinar radioaktif berkurang seiring dengan perjalanan sinar melalui bahan. Intensitas sinar yang diteruskan dapat dinyatakan dengan rumus:

Agar intensitas radiasi berkurang menjadi setengah dari nilai semula setelah melewati suatu benda, bahan tersebut harus memiliki ketebalan sebesar:

Dengan demikian, intensitas radiasi yang diteruskan melalui suatu benda dapat dihitung dengan persamaan berikut:

Dimana:

HVL = setengah lapisan nilai (m)

x = ketebalan bahan (m)