MAKALAH FISIKA KELAS 12 : RADIOAKTIVITAS

I.    PENDAHULUAN
A.    Latar Belakang
Radioaktivitas adalah kemampuan inti atom yang tak-stabil untuk memancarkan radiasi menjadi inti yang stabil. Materi yang mengandung inti tak-stabil yang memancarkan radiasi, disebut zat radioaktif.
Besarnya radioaktivitas suatu unsur radioaktif (radionuklida) ditentukan oleh konstanta peluruhan (l), yang menyatakan laju peluruhan tiap detik, dan waktu paro (t½). Kedua besaran tersebut bersifat khas untuk setiap radionuklida. Berdasarkan sumbernya, radioaktivitas dibedakan atas radioaktivitas alam dan radioaktivitas buatan.
Peluruhan ialah perubahan inti atom yang tak-stabil menjadi inti atom yang lain, atau berubahnya suatu unsur radioaktif menjadi unsur yang lain.  Sebuah inti radioaktif dapat melakukan sejumlah reaksi peluruhan yang berbeda, seperti peluruhan Alfa, Beta dan Gamma.
Radioaktif juga dapat meninggalkan limbah, yaitu jenis limbah yang mengandung atau terkontaminasi radionuklida pada konsentrasi atau aktivitas yang melebihi batas yang diijinkan (Clearance level) yang ditetapkan oleh Badan Pengawas Tenaga Nuklir.
B.    Tujuan
Adapun tujuan dari pembuatan makalah ini adalah
1.    untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Fisika Modern
2.    untuk mengetahui apa itu radioaktivitas, baik sejarah penemuan, peluruhan, jenis-jenis peluruhan, Asal zat radioaktivitas, dan manfaat, serta Pencemarannya
II.    PEMBAHASAN
A.    Radioaktivitas
Radioaktivitas adalah kemampuan inti atom yang tak-stabil untuk memancarkan radiasi dan berubah menjadi inti stabil. Proses perubahan ini disebut peluruhan dan inti atom yang takstabil disebut radionuklida. Materi yang mengandung radionuklida disebut zat radioaktif.
Peluruhan ialah perubahan inti atom yang tak-stabil menjadi inti atom yang lain, atau berubahnya suatu unsur radioaktif menjadi unsur yang lain. Peluruhan radioaktif adalah kumpulan beragam proses di mana sebuah inti atom yang 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.
Laju peluruhan atau aktivitas, dari material radioaktif ditentukan oleh:
Konstanta:
1.    Waktu paruh - simbol t1 / 2 - waktu yang diperlukan sebuah material radioaktif  untuk meluruh menjadi setengah bagian dari sebelumnya.
2.    Rerata waktu hidup - simbol τ - rerata waktu hidup (umur hidup) sebuah material radioaktif.
3.    Konstanta peluruhan - simbol λ - konstanta peluruhan berbanding terbalik dengan waktu hidup (umur hidup).
Variabel:
1.    Aktivitas total - simbol A - jumlah peluruhan tiap detik.
2.    Aktivitas khusus - simbol SA - jumlah peluruhan tiap detik per jumlah substansi. "Jumlah substansi" dapat berupa satuan massa atau volume.)

Persamaan:


  dimana αo adalah jumlah awal material aktif.
Satuan aktivitas adalah: becquerel (simbol Bq) = jumah disintegrasi (pelepasan) per detik ; curie (Ci) = 3,7 x 1010 disintegrasi per detik; dan disintegrasi per menit (dpm).
Sebagaimana yang disampaikan di atas, peluruhan dari inti tidak stabil merupakan proses acak dan tidak mungkin untuk memperkirakan kapan sebuah atom tertentu akan meluruh, melainkan ia dapat meluruh sewaktu waktu. Karenanya, untuk sebuah sampel radioisotop tertentu, jumlah kejadian peluruhan –dN yang akan terjadi pada selang (interval) waktu dt adalah sebanding dengan jumlah atom yang ada sekarang. Jika N adalah jumlah atom, maka kemungkinan (probabilitas) peluruhan (– dN/N) sebanding dengan dt:

Masing-masing inti radioaktif meluruh dengan laju yang berbeda, masing-masing mempunyai konstanta peluruhan sendiri (λ). Tanda negatif pada persamaan menunjukkan bahwa jumlah N berkurang seiring dengan peluruhan. Penyelesaian dari persamaan diferensial orde 1 ini adalah fungsi berikut:

Fungsi di atas menggambarkan peluruhan exponensial, yang merupakan penyelesaian pendekatan atas dasar dua alasan. Pertama, fungsi exponensial merupakan fungsi berlanjut, tetapi kuantitas fisik N hanya dapat bernilai bilangan bulat positif. Alasan kedua, karena persamaan ini penggambaran dari sebuah proses acak, hanya benar secara statistik. Akan tetapi juga, dalam banyak kasus, nilai N sangat besar sehingga fungsi ini merupakan pendekatan yang baik.
Selain konstanta peluruhan, peluruhan radioaktif sebuah material biasanya juga dicirikan oleh rerata waktu hidup. Masing-masing atom "hidup" untuk batas waktu tertentu sebelum ia meluruh, dan rerata waktu hidup adalah rerata aritmatika dari keseluruhan waktu hidup atom-atom material tersebut. Rerata waktu hidup disimbolkan dengan τ, dan mempunyai hubungan dengan konstanta peluruhan sebagai berikut:

Parameter yang lebih biasa digunakan adalah waktu paruh. Waktu paruh adalah waktu yang diperlukan sebuah inti radioatif untuk meluruh menjadi separuh bagian dari sebelumnya. Hubungan waktu paruh dengan konstanta peluruhan adalah sebagai berikut:

Hubungan waktu paruh dengan konstanta peluruhan menunjukkan bahwa material dengan tingkat radioaktif yang tinggi akan cepat habis, sedang materi dengan tingkat radiasi rendah akan lama habisnya. Waktu paruh inti radioaktif sangat bervariasi, dari mulai 1024 tahun untuk inti hampir stabil, sampai 10-6 detik untuk yang sangat tidak stabil.
Penanggalan radiokarbon adalah sebuah metode penanggalan radiometrik yang menggunakan isotop karbon-14 (14C) untuk menentukan usia material karbonaseous diatas 60.000 tahun.
Waktu paruh (half-life) dari sejumlah bahan yang menjadi subjek dari peluruhan eksponensial adalah waktu yang dibutuhkan untuk jumlah tersebut berkurang menjadi setengah dari nilai awal. Konsep ini banyak terjadi dalam fisika, untuk mengukur peluruhan radioaktif dari zat-zat, tetapi juga terjadi dalam banyak bidang lainnya. Tabel di bawah ini menunjukan pengurangan jumlah dalam jumlah waktu paruh yang terjadi.
Setelah Waktu Paruh    Persen Jumlah yang tersisa
0    100%
1    50%
2    25%
3    12,5%
4    6,25%
5    3,125%
6    1,5625%
7    0,78125%
Kuantitas subyek yang mengalami peluruhan eksponensial biasanya diberi lambang N. Nilai N pada waktu t ditentukan dengan rumus
 , di mana
•    N0 sebagai nilai awal N (pada saat t=0)
•    λ sebagai konstanta positif (konstanta peluruhan).
Ketika t=0, eksponensialnya setara dengan 1, sedangkan N(t) setara dengan N0. Ketika t mendekati tak terbatas, eksponensialnya mendekati nol.
Secara khusus, terdapat waktu t1/2 sehingga

Mengganti rumus di atas, akan didapatkan:




Maka waktu paruhnya 69.3% dari mean lifetime.
B.    Sejarah Penemuan Radioaktiv
Radioaktivitas pertama kali ditemukan pada tahun 1896 oleh ilmuwan Perancis Henri Becquerel ketika sedang bekerja dengan material fosforen. Material semacam ini akan berpendar di tempat gelap setelah sebelumnya mendapat paparan cahaya, dan dia berfikir pendaran yang dihasilkan tabung katoda oleh sinar-X mungkin berhubungan dengan fosforesensi. Karenanya ia membungkus sebuah pelat foto dengan kertas hitam dan menempatkan beragam material fosforen diatasnya. Kesemuanya tidak menunjukkan hasil sampai ketika ia menggunakan garam uranium. Terjadi bintik hitam pekat pada pelat foto ketika ia menggunakan garam uranium tesebut.
Tetapi kemudian menjadi jelas bahwa bintik hitam pada pelat bukan terjadi karena peristiwa fosforesensi, pada saat percobaan, material dijaga pada tempat yang gelap. Juga, garam uranium nonfosforen dan bahkan uranium metal dapat juga menimbulkan efek bintik hitam pada pelat.

Partikel Alfa tidak mampu menembus selembar kertas, partikel beta tidak mampu menembus pelat alumunium. Untuk menghentikan gamma diperlukan lapisan metal tebal, namun karena penyerapannya fungsi eksponensial akan ada sedikit bagian yang mungkin menembus pelat metal
Pada awalnya tampak bentuk radiasi yang baru ditemukan ini mirip dengan penemuan sinar-X. Akan tetapi, penelitian selanjutnya yang dilakukan oleh Becquerel, Marie Curie, Pierre Curie, Ernest Rutherford dan ilmuwan lainnya menemukan bahwa radiaktivitas jauh lebih rumit ketimbang sinar-X. Beragam jenis peluruhan bisa terjadi.
Sebagai contoh, ditemukan bahwa medan listrik atau medan magnet dapat memecah emisi radiasi menjadi tiga sinar. Demi memudahkan penamaan, sinar-sinar tersebut diberi nama sesuai dengan alfabet yunani yakni alpha, beta, dan gamma, nama-nama tersebut masih bertahan hingga kini. Kemudian dari arah gaya elektromagnet, diketahui bahwa sinar alfa mengandung muatan positif, sinar beta bermuatan negatif, dan sinar gamma bermuatan netral. Dari besarnya arah pantulan, juga diketahui bahwa partikel alfa jauh lebih berat ketimbang partikel beta. Dengan melewatkan sinar alfa melalui membran gelas tipis dan menjebaknya dalam sebuah tabung lampu neon membuat para peneliti dapat mempelajari spektrum emisi dari gas yang dihasilkan, dan membuktikan bahwa partikel alfa kenyataannya adalah sebuah inti atom helium. Percobaan lainnya menunjukkan kemiripan antara radiasi beta dengan sinar katoda serta kemiripan radiasi gamma dengan sinar-X.
Para peneliti ini juga menemukan bahwa banyak unsur kimia lainnya yang mempunyai isotop radioaktif. Radioaktivitas juga memandu Marie Curie untuk mengisolasi radium dari barium; dua buah unsur yang memiliki kemiripan sehingga sulit untuk dibedakan.
Bahaya radioaktivitas dari radiasi tidak serta merta diketahui. Efek akut dari radiasi pertama kali diamati oleh insinyur listrik Amerika Elihu Thomson yang secara terus menerus mengarahkan sinar-X ke jari-jarinya pada 1896. Dia menerbitkan hasil pengamatannya terkait dengan efek bakar yang dihasilkan. Bisa dikatakan ia menemukan bidang ilmu fisika medik (health physics); untungnya luka tersebut sembuh dikemudian hari.
Efek genetis radiasi baru diketahui jauh dikemudian hari. Pada tahun 1927 Hermann Joseph Muller menerbitkan penelitiannya yang menunjukkan efek genetis radiasi. Pada tahun 1947 dimendapat penghargaan hadiah Nobel untuk penemuannya ini.
Sebelum efek biologi radiasi diketahui, banyak perusahan kesehatan yang memasarkan obat paten yang mengandung bahan radioaktif; salah satunya adalah penggunaan radium pada perawatan enema. Marie Curie menentang jenis perawatan ini, ia memperingatkan efek radiasai pada tubuh manusia belum benar-benar diketahui (Curie dikemudian hari meninggal akibat Anemia Aplastik, yang hampir dipastikan akibat lamanya ia terpapar Radium). Pada tahun 1930-an produk pengobatan yang mengandung bahan radioaktif tidak ada lagi dipasaran bebas.
C.    Jenis-jenis Peluruhan
Sebuah inti radioaktif dapat melakukan sejumlah reaksi peluruhan yang berbeda. Reaksi-reaksi tersebut disarikan dalam tabel berikut ini. Sebuah inti atom dengan muatan (nomor atom) Z dan berat atom A ditampilkan dengan (A, Z).
Mode peluruhan    Partikel yang terlibat    Inti anak
Peluruhan dengan emisi nukleon:
Peluruhan alfa
Sebuah partikel alfa (A=4, Z=2) dipancarkan dari inti
(A-4, Z-2)
Emisi proton
Sebuah proton dilepaskan dari inti    (A-1, Z-1)
Emisi neutron
Sebuah neutron dilepaskan dari inti    (A-1, Z)
Fisi spontan
Sebuah inti terpecah menjadi dua atau lebih atom dengan inti yang lebih kecil disertai dengan pemancaran partikel lainnya    -
Peluruhan cluster
Inti atom memancarkan inti lain yang lebih kecil tertentu (A1, Z1) yang lebih besar daripada partikel alfa    (A-A1, Z-Z1) + (A1,Z1)
Berbagai peluruhan beta:
Peluruhan beta
Sebuah inti memancarkan
elektron dan sebuah antineutrino || (A, Z+1)

Emisi positron
Sebuah inti memancarkan positron dan sebuah neutrino
(A, Z-1)
Tangkapan elektron
Sebuah inti menangkap elektron yang mengorbit dan memancarkan sebuah neutrino    (A, Z-1)
Peluruhan beta ganda
Sebuah inti memancarkan dua elektron dan dua antineutrinos    (A, Z+2)
Tangkapan elektron ganda
Sebuah inti menyerap dua elektron yang mengorbit dan memancarkan dua neutrino    (A, Z-2)
Tangkapan elektron dengan emisi positron
Sebuah inti menangkap satu elektron yang mengorbit memancarkan satu positron dan dua neutrino    (A, Z-2)
Emisi positron ganda
Sebuah inti memancarkan dua positrons dan dua neutrino    (A, Z-2)
Transisi antar dua keadaan pada inti yang sama:
Peluruhan gamma
Sebuah inti yang tereksitasi melepaskan sebuah foton energi tinggi (sinar gamma)
(A, Z)
Konversi internal
Inti yang tereksitasi mengirim energinya pada sebuah elektron orbital dan melepaskannya    (A, Z)
Peluruhan alfa adalah salah satu bentuk peluruhan radioaktif dimana sebuah inti atom berat tidak stabil melepaskan sebuah partikel alfa dan meluruh menjadi inti yang lebih ringan dengan nomor massa empat lebih kecil dan nomor atom dua lebih kecil dari semula, menurut reaksi:

dimana X dan X' menyatakan jenis inti yang berbeda. Kadang-kadang reaksi di atas ditulis juga sebagai:

Bentuk kedua juga digunakan karena, bagi pengamat awam, bentuk pertama tampak tidak stabil secara listrik. Pada dasarnya, inti yang baru terbentuk akan segera melucuti dua elektronnya untuk menetralisir kation helium yang lapar.
Partikel alfa sebenarnya adalah sebuah inti helium. Inti helium merupakan inti stabil dengan nomor massa dan nomor atom yang kekal. Peluruhan alfa dapat dianggap sebagai sebuah reaksi fisi nuklir sebab inti induk terpecah menjadi dua inti "anak" (daughter). Peluruhan alfa adalah salah satu contoh dari efek terowongan dalam mekanika kuantum. Tidak seperti peluruhan beta, peluruhan alfa diatur oleh gaya nuklir kuat.
Peluruhan beta adalah peluruhan radioaktif yang memancarkan partikel beta (elektron atau positron). Pada kasus pemancaran sebuah elektron, peluruhan ini disebut sebagai peluruhan beta minus (β−), sementara pada pemancaran positron disebut sebagai peluruhan beta plus (β+).
Pada tingkatan partikel dasar, peluruhan beta terjadi karena konversi sebuah quark bawah menjadi sebuah quark atas oleh pemancaran sebuah boson W.
Pada peluruhan β−, interaksi lemah mengubah sebuah netron menjadi sebuah proton ketika sebuah elektron dan sebuah anti-neutrino dipancarkan:
 .
Elektron yang dipancarkan bukanlah elektron orbital. Juga bukan elektron yang semula berada di dalam inti atom, karena asas ketidakpastian melarang elektron hadir di dalam inti atom. Elektron tersebut “diciptakan” oleh inti atom dari energi yang ada. Jika beda energi diam antara kedua inti atom sekurang-kurangnya E=mc², maka hal tersebut memang mungkin terjadi.
Dalam peluruhan β+, sebuah proton dikonversi menjadi sebuah netron, sebuah positron dan sebuah neutrino:
 .
Jadi, tidak seperti peluruhan beta minus, peluruhan beta plus tidak dapat terjadi dalam isolasi, sebab harus ada suplai energi dalam proses “penciptaan” massa, karena massa netron (sebagai inti anak) ditambah massa positron dan neutrino lebih besar daripada massa proton (sebagai inti induk).
Jika proton dan netron merupakan bagian dari inti atom, proses peluruhan men-transmutasikan satu elemen kimia ke dalam bentuk lainnya. Sebagai contoh:
 (beta minus),
 (beta plus)
Partikel Beta adalah elektron atau positron yang berenergi tinggi yang dipancarkan oleh beberapa jenis nukleus radioaktif seperti kalium-40. Partikel beta yang dipancarkan merupakan bentuk radiasi yang menyebabkan ionisasi, yang juga disebut sinar beta. Produksi partikel beta disebut juga peluruhan beta.
Terdapat dua macam peluruhan beta, β− and β+, yang masing-masing adalah elektron dan positron.
D.    Asal Radioaktivitas dan Manfaatnya
Berdasarkan asalnya, radioaktivitas dikelompokkan menjadi radioaktivitas alam, dan radioaktivitas buatan, yaitu hasil kegiatan yang dilakukan manusia.
1.    Radioaktivitas alam
Dalam radioaktivitas alam ada yang berasal dari alam dan dari radiasi kosmik.
a.    Radioaktivitas primordial
Pada litosfer, banyak terdapat inti radioaktif yang sudah ada bersamaan dengan terjadinya bumi, yang tersebar secara luas yang disebut radionuklida alam. Radionuklida alam banyak terkandung dalam berbagai macam materi dalam lingkungan, misalnya dalam air, tumbuhan, kayu, bebatuan, dan bahan bangunan. Radionuklida primordial dapat ditemukan juga di dalam tubuh mausia.

b.    Radioaktivitas yang berasal dari radiasi kosmik
Pada saat radiasi kosmik masuk ke dalam atmosfer bumi, terjadi interaksi dengan inti atom yang ada di udara menghasilkan berbagai macam radionuklida. Yang paling banyak dihasilkan adalah H-3 dan C-14. Kecepatan peluruhan dan kecepatan pembentukan radionuklida seimbang, sehingga secara teoritis jumlahnya di alam adalah tetap. Berdasarkan fenomena tersebut, maka dengan mengukur kelimpahan C-14 yang ada dalam suatu benda, dapatditentukan umur dari benda tersebut dan metode penentuan umur ini dinamakan penanggalan karbon (Carbon Dating).
2.    Radioaktivitas Buatan
Radioaktivitas buatan dipancarkan oleh radioisotop yang sengaja dibuat manusia, dan berbagai jenis radionuklida dibuat sesuai dengan penggunaannya.
a.    Radioaktivitas yang berhubungan dengan pembangkit listrik tenaga nuklir
Energi yang dihasilkan oleh proses peluruhan dapat digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga nuklir. Dalam instalasi pembangkit listrik tenaga nuklir,faktor keselamatan radiasi menjadi prioritas yang utama, dan dengan berkembangnya teknologi pembangkit listrik tenaga nuklir, maka tingkat keselamatan radiasinya pun semakin tinggi.
b.     Radioaktivitas akibat percobaan senjata nuklir
Radioaktivitas yang berasal dari jatuhan radioaktif akibat percobaan senjata nuklir disebut fall out. Tingkat radioaktivitas dari fall out yang paling tinggi terjadi padatahun 1963 dan setelah itu jumlahnya terus menurun. Hal itu disebabkan pada tahun 1962 Amerika dan Rusia mengakhiri percobaan senjata nuklir di udara.
c.  Radioaktivitas dalam kedokteran
Radioaktivitas yang berasal dari radioisotop dalam bidangkedokteran digunakan misalnya untuk diagnosis, terapi, dan sterilisasi alat kedokteran. Uraian lengkap dari penggunaan radioaktivitas di bidang kedokteran dapat dibaca pada pokokbahasan penggunaan radiasi dalam bidang kedokteran.
d.   Radioaktivitas dalam rekayasa teknologi
Penggunaan radiasi dalam bidang pengukuran (gauging), analisis struktur  materi, pengembangan bahan-bahan baru, dan sebagai sumber energi dibahas dalam pokok bahasan penggunaan radiasi dalam rekayasa teknologi.
e.  Radioaktivitas dalam bidang pertanian
Penggunaannya dalam bioteknologi, pembasmian serangga atau penyimpanan bahan pangan, dan teknologi pelestarian lingkungan dibahas dalam pokok bahasan penggunaan radiasi dalam produksi pertanian, kehutanan dan laut.
E.    Pencemaran Zat Radioaktiv
Pengertian atau arti definisi pencemaran zat radioaktif adalah suatu pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh debu radioaktif akibat terjadinya ledakan reaktor-reaktor atom serta bom atom. Limbah radioaktif adalah zat radioaktif dan bahan serta peralatan yang telah terkena zat radioaktif atau menjadi radioaktif karena pengoperasian instalasi nuklir yang tidak dapat digunakan lagi.  yang paling berbahaya dari pencemaran radioaktif seperti nuklir adalah radiasi sinar alpha, beta dan gamma yang sangat membahayakan makhluk hidup di sekitarnya. Selain itu partikel-partikel neutron yang dihasilkan juga berbahaya. Zat radioaktif pencemar lingkungan yang biasa ditemukan adalah 90SR penyebab kanker tulang dan 131J.
Apabila ada makhluk hidup yang terkena radiasi atom nuklir yang berbahaya biasanya akan terjadi mutasi gen karena terjadi perubahan struktur zat serta pola reaksi kimia yang merusak sel-sel tubuh makhluk hidup baik tumbuh-tumbuhan maupun hewan atau binatang.
Efek serta Akibat yang ditimbulkan oleh radiasi zat radioaktif pada umat manusia seperti berikut di bawah ini : Pusing-pusing, Nafsu makan berkurang atau hilang, Terjadi diare, Badan panas atau demam, Berat badan turun, Kanker darah atau leukimia, Meningkatnya denyut jantung atau nadi.


III.    KESIMPULAN
Setelah membuat makalah ini, dapat disimpulkan bahwa:
1.    Radioaktivitas adalah kemampuan inti atom yang tak-stabil untuk memancarkan radiasi menjadi inti yang stabil.
2.    Radioaktivitas pertama kali ditemukan pada tahun 1896 oleh ilmuwan Perancis Henri Becquerel ketika sedang bekerja dengan material fosforen, dan selanjutnya yang dilakukan oleh Becquerel, Marie Curie, Pierre Curie, Ernest Rutherford dan ilmuwan lainnya menemukan bahwa radiaktivitas jauh lebih rumit ketimbang sinar-X.
3.    Sebuah inti radioaktif dapat melakukan sejumlah reaksi peluruhan yang berbeda, seperti peluruhan Alfa, Beta dan Gamma.
4.    Berdasarkan asalnya, radioaktivitas dikelompokkan menjadi radioaktivitas alam, dan radioaktivitas buatan, yaitu hasil kegiatan yang dilakukan manusia.
5.    Zat radioaktiv dapat menyebabkan pencemaran, yang berakibat seperti kanker tulang, mutasi gen, pusing-pusing, nafsu makan berkurang atau hilang, terjadi diare, badan panas atau demam, berat badan turun, kanker darah atau leukimia, dan meningkatnya denyut jantung atau nadi.

IV.    DAFTAR PUSTAKA
www.batan.go.id
id.wikipedia.org/wiki/Peluruhan_radioaktif
attarisk.files.wordpress.com/2008/02/radioaktivitas
www.warintek.ristek.go.id/nuklir/radioaktivitas

Bagikan Artikel ini