AKTIVITAS ZAT RADIOAKTIF

Agus salim, Amrullah AS, Musaddiq Saleh, Nurfatima, Haerani, Novita Salmi

Laboratorium Fisika Modern Jurusan Fisika FMIPA

Universitas Negeri Makassar

Abstrak. Telah dilakukan eksperimen Aktivitas Zat Radioaktif yang bertujuan untuk menyelidiki karakteristik pancaran radioaktivitas beberapa zat radioaktif, menyelidiki dan membandingkan daya tembus sinar , , dan , menyelidiki kemampuan berbagai material (bahan) dalam menyerap radiasi dan menyelidiki hubungan antara jarak sumber radioaktif dengan aktivitas sumber. Dari hasil ekperimen pada kegiatan pertama jumlah peluruhan tiap detiknya untuk sinar radiasi alpha adalah 6 cps, untuk sinar radiasi beta 114 cps, dan untuk sinar radiasi gamma 15 cps. Dari hasil analisis grafik pada kegiatan kedua koefesien daya tembus masing-masing sinar untuk jenis penghalang Al adalah sinar alpha , untuk sinar beta , dan sinar gamma , untuk jenis penghalang lead (Pb) sinar alpha untuk sinar beta dan sinar gamma . dari data tersebut terlihat bahwa koefesien daya tembus pada penghalang Al yang paling besar adalah sinar radiasi alpha sedangkan pada jenis penghalang (lead) Pb adalah sinar radiasi gamma.Berdasarkan hasil eksperimen dan analisis data yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa dari ketiga jenis sinar radiasi alpha, beta dan gamma zat/bahan yang lebih aktif adalah sinar radiasi beta, jenis bahan/zat yang memiliki daya tembus yang besar adalah sinar radiasi gamma, material/bahan yang memiliki kemampuan dalam menyerap sinar radiasi yang baik adalah Al, dan hukum kebalikan kuadrat juga berlaku pada aktivitas peluruhan sinar radiasi.

KATA KUNCI: Radioaktivitas, sinar radiasi , , dan , Peluruhan, Koefisen daya tembus bahan.

PENDAHULUAN

Banyak temuan penting dalam fisika yang sebenarnya diperoleh tanpa sengaja salah satunya Antoine Henri Becquerel, seorang ilmuwan Prancis yang lahir pada tanggal 15 Desember 1852 yang secara tidak sengaja menemukan radiasi pada zat radioaktif. Penemuan radioaktivitas ini dipicu oleh penemuan sinar x, yang juga ditemukan tanpa sengaja oleh W. Rontgen. Meskipun penemuan radioaktivitas ini dipicu oleh penemuan sinar x, kedua sinar ini sama sekali tidak berkaitan.

Pada Februari 1896, Becquerel sedang melakukan eksperimen dengan menggunakan bahan fosforesen. Teknik eksperimennya cukup sederhana. Becquerel membungkus sebuah pelat fotografi dengan menggunakan kertas hitam, dengan maksud melindunginya dari cahaya, lalu meletakkannya di atas sebuah bahan fosforesen. Becquerel kemudian menyinarinya dengan cahaya matahari langsung beberapa saat sebelum mencuci pelatnya. Karena diketahui bahwa sinar x dapat menembus kertas, pelat fotografi dalam bungkusan kertas akan menghitam jika dalam proses ini terbentuk sinar X.

Becquerel lalu meneruskan eksperimennya dalam tempat yang betul-betul gelap dan masih diperoleh yang sama, ini berarti di samping sinar-X pasti terdapat jenis sinar jenis baru lain yang tampak terpancarkan tanpa disebabkan oleh sebuah fosforesens. Pada bulan maret Becquerel menemukan bahwa sinar-sinar ini dapat mengosongkan muatan elektroskop. Artinya sinar tersebut menyebabkan udara bersifat konduktif. Becquerel kemudian menemukan bahwa campuran uranium, bersifat fosforesens, artinya bahwa logam murni uranium haruslah memencarkan radiasi yang paling kuat kemudian dibuktikannya melalui eksperimen[3].

Adapun Tujuan eksperimen ini yaitu menyelidiki karakteristik pancaran radioaktivitas beberapa zat radioaktif, menyelidiki dan membandingkan daya tembus sinar alpha, beta dan gamma, menyelidiki kemampuan berbagai material bahan dalam menyerap radiasi, dan menyelidiki hubungan jarak sumber radioaktif dengan aktivitas sumber.

TEORI

Salah satu sifat unik yang dimiliki oleh atom adalah kemampuannya bertransformasi secara spontan dari suatu inti dengan nilai Z dan N tertentu menjadi inti yang lain. Peristiwa ini disebut dengan peluruhan. Sifat seperti ini dimiliki oleh inti yang tidak stabil dan disebut inti yang bersifat radioaktif. Ada tiga jenis radiasi yang mungkin dipancarkan dalam sebuah peristiwa peluruhan yaitu alpha, beta, dan gamma.

Peluruhan bahan radioaktif memiliki karakteristik yang aneh. Selain bahwa peristiwa ini tidak dapat dideteksi oleh panca indra proses peluruhan ini juga terjadi secara acak walaupun masih dapat diperkirakan. Saat terjadi peluruhan maka akan terpancarkan radiasi sinar radioaktif yaitu sinar alpha, beta, dan gamma radiasi ini mempunyai kemampuan menembus bahan yang berbeda-beda untuk tiap jenisnya. Daya tembus radiasi ini umumnya memenuhi persamaan:

Dimana It merupakan aktifitas zat radioaktif dengan penghalang, Io merupakan aktivitas zat radioaktif tanpa penghalang , t merupakan tebal penghalang dan merupakan koefesien daya tembus bahan.

Salah satu hukum alam yang paling umum adalh hukum kabalikan kuadrat. Seorang saintis menyatakan bahwa hukum kebalikan kuadrat merupakan karakteristik dari apa saja yang berasal yang berasal dari sumber titik dan bergerak lurus secara kontinyu. Cahaya dan bunyi berperilaku menurut hukum kebalikan kuadrat ketika keduanya keluar dari sebuah sumber titik. Intensitas cahaya dan bunyi menjadi seperempat kali lebih kecil bila bergerak sejauh 2 kali dari sumber.[3].

Untuk peluruhan beta, sebuah neutron berubah menjadi sebuah proton atau sebuah proton menjadi sebuah neutron. Jadi, Z dan N masing-masing berubah sebanyak satu satuan, tetapi A tidak berubah. Pada peluruhan beta paling utama, sebuah neutron meluruh menjadi sebuah proton dan sebuah elektron:

e

p

n

+

Menyusul peluruhan alfa dan beta, inti akhir dapat berada pada suatu keadaan eksitasi. Seperti halnya atom, inti akhir itu akan mencapai keadaan dasar setelah memancarkan satu atau lebih foton yang dikenal sebagai sinar gamma inti. Sedangkan sinar gamma tidak mempunyai nomor atom dan nomor massa, maka inti induk yang memancarkan sinar gamma tidak berubah nomor atom dan nomor massanya. [2]

Tiga aspek radio-aktivitas yang dipandang luar biasa dari sudut pandang fisika klasik (prerelativitas dan prekuantum) :

Jika sebuah inti mengalami peluruhan alfa atau beta, nomor atomiknya Z berubah dan inti itu berubah menjadi inti unsur yang berbeda. Jadi suatu unsur bukan tak berubah, walaupun mekanisme transformasinya tidak dikenal oleh ahli alkemiEnergi yang dibebaskan selama peluruhan radioaktif dating dari dalam inti individual tanpa eksiti eksternal, berlainan dengan kasus radiasi atomic. Bagaimana hal ini dapat terjadi? Hal ini baru dimengerti setelah Einstein mengemukakan kesetaraan massa dan energi.Peluruhan radioaktif merupakan proses statistik yang memenuhi hukum peluang. Tidak terdapat hubungan sebab akibat terkait dalam peluruhan inti tertentu, hanya peluang per satuan waktu. Fisika klasik tidak dapat menerangkan kelakuan seperti itu, hal seperti itu cocok secara wajar dalam kerangka fisika kuantum.[1]

Satuan dasar untuk mengukur aktivitas adalah curie. 1 curie ( Ci) = 3,7 x 1010 peluruhan /detik. Satu curie didefinisikan sebagai banyaknya peluruhan yang dilakukan oleh satu gram radium dalam waktu satu sekon. Satu curie adalah bilangan yang besar sehingga kita lebih sering bekerja dengan satuan millicurie (mCi) dan mikrocurie (Ci). Dalam SI, satuan aktivitas radiasi dinyatakan dalam Bequerel (Bq).

1 Ci=3,7 x 1010 peluruhan/sekon=3,7 x1010 Bq

1 mCi = 10-3 Ci

1 Ci = 10-6 Ci

METODOLOGI EKSPERIMEN

Praktikum ini bertujuan untuk menyelidiki karakteristik pancaran radioaktivitas beberapa zat radioaktif dengan sumber radioaktif (,, dan ), menyelidiki dan membandingkan daya tembus sinar , , dan , menyelidiki kemampuan berbagai material (bahan) dalam menyerap radiasi dan menyelidiki hubungan antara jarak sumber radioaktif dengan aktivitas sumber.

Alat yang digunakan dalam eksperimen ini yaitu: tabung Geiger-Muller (GM), Ratemeter, Komputer, sumber radioaktif, sampel holder, sejumlah bahan penyerap (Aluminium & lead) dengan ketebalan berbeda, jangka sorong, danserta mikrometer sekrup. Sebelum menggunakan alat-alat eksperimen penyelidikan aktivitas zat radioaktif, maka perlu diperhatikan tegangan operasional detektor GM yang akan digunakan sehingga dapat bekerja dengan baik. Tegangan kerja alat ini dapat dipilih dalam rentang tegangan pada daerah plateau dalam rentang 400 volt 900 volt. Jadi agar detektor ini bekerja dengan baik dan aman, maka akan dipilih tegangan kerja sekitar 500 volt atau 25% di sekitar daerah bawah plateau.

Selanjutnya, sebelum melakukan percobaan, seluruh perangkat (tabung GM, ratemeter, dan komputer) diperiksa apakah telah saling terhubung dengan baik, kemudian mengaktifkan program radiation detection pada computer, mengatur tegangan pada program yang telah disediakan dengan tegangan sebesar 900 volt. Telah semuanya diisi pada program yang tersedia sekarang ratemeter telah siap mencacah hasil deteksi tabung GM dan menampilkan data-data hasil bacaannya di monitor komputer. Sehingga dapat mengukur dua kegiatan dalam percobaan ini.

Gambar 1. Perangkat percobaan aktivitas zat radioaktif.

Pada kegiatan pertama, mengenal aktivitas zat radioaktif dilakukan dengan cara memastikan bahwa komputer dengan program pendeteksi radioasi dalam posisi siap merekam.data, meletakkan salah satu sumber radioaktif pada rak sampel secara bergantian pada rak ke tiga dari tabung GM. Selanjutnya, klik experiment dan pilih pateau untuk mengisi cacahan yang diiginkan, yaitu tegangan sampai 900 V dan banyaknya data yang diinginkan yaitu sebesar 30 data kemudian alat pendeteksi zat radioaktif siap untuk dijalankan,. Kemudian mengulangi kegiatan tersebut dengan mengganti sumber radiasi dan alat pendeteksi akan berhenti sendiri pada saat tegangannya sampai pada 900 V maka data siap di simpan dengan mengklik file pilih save As.

Pada kegiatan kedua, selain menggunakan sumber radioaktif ( alfa, beta dan gamma), juga digunakan bahan penghalang lead/timbal/Pb. memilih bahan penghalang yang tersedia mulai

dari yang paling tipis dan diletakkan pada posisi

1 rak sampel dengan mengukur ketebalannya. Kemudian klik Experiment pilih half ligh untuk memulai mencacah kemudian mengisi tegangan sebesar 900 V dan jumlah data yang diinginkan sebesar 30 data. Kemudian OK, alat pendeteksi siap untuk digunakan. Melakukan kegiatan tersebut sebanyak tiga kali dengan mengganti sumber radiasi dan jenis penghalang dengan ketebalan yang berbeda-beda. Alat pendeteksi akan berhenti sendiri setelah jumlah data yang diinginkan dan tegangan yang telah ditentukan sebelumnya sesuai. Indikator bahwa pengukuran telah selesai yaitu menyalanya lampu stop disamping lampu count pada ratter, setelah itu data disave As. Bahan penghalang tersebut bertujuan untuk mengetahui perbedaan daya tembus dari sumber radioaktif yang digunakan. Pada kegiatan ketiga. Jika pada kegiatan 2 yang dimanipulasi adalah jenis penghalangnya, untuk kegiatan 3 yang dimanipulasi adalah jarak penempatan sumber radioaktif pada rak sampel.

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISA DATA

Kegiatan 1. Mengenal Aktifitas Zat Radioaktif

Gambar 2. Hubungan antara cps maksimum dengan sumber radiasi

Kegiatan 2. Mengukur daya tembus sinar Alpha (), Beta (), dan Gamma ().

Penghalang Al

Sumber radiasi :Po 210

Waktu paruh: 138 d

Aktivitas mula-mula

ci

m

1

,

0

Nst Micrometer Secrup : 0,01 mm

Gambar 3. Hubungan antara tebal penghalang Aluminium dan Ln It/Io pada sumber radiasi alfa ()

Analisis Grafik

Sumber radiasi :Sr - 90

Waktu paruh: 28,6 yrs

Aktivitas mula-mula

ci

m

1

,

0

Nst Micrometer Secrup : 0,01 mm

Gambar 4. Hubungan antara tebal penghalang Aluminium dan Ln It/Io pada sumber radiasi beta.

Analisis Grafik

Sumber radiasi : Co-60

Waktu paruh: 5,27 yrs

Aktivitas mula-mula

ci

m

5

,

0

Nst Micrometer Secrup : 0,01 mm

Gambar 5. Hubungan antara tebal penghalang Aluminium dan Ln It/Io pada sumber radiasi gamma.

Analisis Grafik

Penghalang Lead (Pb)

Sumber radiasi :Po 210

Waktu paruh: 138 d

Aktivitas mula-mula

ci

m

1

,

0

Nst Micrometer Secrup : 0,01 mm

Gambar 6. Hubungan antara tebal penghalang Lead dan Ln It/Io pada sumber radiasi alfa ().

Analisis Grafik

Sumber radiasi :Sr - 90

Waktu paruh: 28,6 yrs

Aktivitas mula-mula

ci

m

1

,

0

Nst Micrometer Secrup : 0,01 mm

Gambar 7. Hubungan antara tebal penghalang Lead dan Ln It/Io pada sumber radiasi Beta ().

Analisis Grafik

Sumber radiasi : Co-60

Waktu paruh: 5,27 yrs

Aktivitas mula-mula

ci

m

5

,

0

Nst Micrometer Secrup : 0,01 mm

Gambar 8. Hubungan antara tebal penghalang Lead dan Ln It/Io pada sumber radiasi Gamma ().

Analisis Grafik

Kegiatan 3. Menyelidiki hubungan jarak sumber Radioaktif dengan aktivitas sumber.

Tabel 1. Hubungan antara jarak sumber dengan aktivitas Sumber

Sumber Radiasi

Jarak (D),

(cm)

Cps Rata-Rata

Jarak Kuadrat (D2), (cm-2)

Cps Rata-Rata x D2

1

13,97

1

13,97

3

1,30

9

11,70

5

1,47

25

36,75

7

1,43

49

70,07

9

0,97

81

78,57

1

257,73

1

257,73

3

94,10

9

846,90

5

48,70

25

1217,50

7

29,20

49

1430,80

9

22,20

81

1798,20

1

25,90

1

25,90

3

10,40

9

93,60

5

7,03

25

175,75

7

4,47

49

219,03

9

3,40

81

275,40

Gambar 9. Hubungan antara cps rata-rata dengan jarak sumber dari tabung G-M pada sumber alfa.

Gambar 10. Hubungan antara cps rata-rata dengan jarak sumber dari tabung G-M pada sumber Beta.

Gambar 11. Hubungan antara cps rata-rata dengan jarak sumber dari tabung G-M pada sumber Gamma.

Gambar 12. Hubungan antara cps rata-rata dengan kebalikan kuadrat jarak untuk alfa.

Gambar 13. Hubungan antara cps rata-rata dengan kebalikan kuadrat jarak untuk beta.

Gambar 14. Hubungan antara cps rata-rata dengan kebalikan kuadrat jarak untuk gamma

Gambar 15. Hubungan logaritma antara cps rata-rata dengan jarak sumber dari tabung G-M pada sumber alfa.

Gambar 16. Hubungan logaritma antara cps rata-rata dengan jarak sumber dari tabung G-M pada sumber beta.

Gambar 17. Hubungan logaritma antara cps rata-rata dengan jarak sumber dari tabung G-M pada sumber gamma.

PEMBAHASAN

Percobaan aktivitas zat radioaktif dilakukan dengan tiga jenis kegiatan, pertama mengenal aktivitas zat radioaktif, kedua mengukur daya tembus sinar alpha, beta dan gamma, dan yang ketiga menyelidiki keberlekuan hukum kebalikan kuadrat pada proses peluruhan zat radioaktif.

Pada kegiatan pertama dapat dilihat bahwa untuk sinar alpha jumlah peluruhan maksimum yang terjadi tiap detiknya adalah 6 cps. Sedangkan rata-rata peluruhan yang terjadi 1,77 cps, sedangkan penyimpangan peluruhan yang terjadi sekitar 1,72 cps, untuk sinar beta jumlah peluruhan maksimum yang terjadi tiap detiknya adalah 114 cps. Sedangkan rata-rata peluruhan yang terjadi 97 cps, sedangkan penyimpangan peluruhan yang terjadi sekitar 9,04 cps, dan untuk sinar gamma jumlah peluruhan maksimum yang terjadi tiap detiknya adalah 15 cps. Sedangkan rata-rata peluruhan yang terjadi 9,9 cps, sedangkan penyimpangan peluruhan yang terjadi sekitar 2,81 cps.

Pada kegiatan kedua dari hasil analisis grafik diperoleh koefesien daya tembus untuk masing-masing sinar radiasi untuk jenis penghalang Al adalah sinar alpha , untuk sinar beta , dan sinar gamma , untuk jenis

penghalang lead (Pb) sinar alpha untuk sinar beta dan sinar gamma . dari data tersebut terlihat bahwa koefesien daya tembus pada penghalang Al yang paling besar adalah sinar alpha sedangkan pada jenis penghalang (lead) Pb adalah sinar gamma.

Pada kegitan ketiga terlihat pada tabel.1 bahwa jumlah peluruhan rata-rata yang terjadi tiap detiknya berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya semakin jauh jarak peluruhan maka jumlah peluruhan yang terjadi semakin sedikit sebagai perbandingan pada sinar alpa pada jarak 1 cm jumlah peluruhan yang terjadi 13,97 sedangkan pada kuadratjarak 9 cm jumlah peluruhannya 0,97 cps, dari data tersebut maka pada peluruhan zat radioaktif hukum kebalikan kuadrat jarak juga berlaku. Dari ketiga jenis kegiatan tersebut dan berdasar pada hasil analisis perhitungan dan grafik maka hasil yang kami peroleh sesuai dengan teori yang telah ada.

SIMPULAN

Berdasarkan hasil eksperimen yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa dari ketiga jenis sinar radiasi alpha, beta dan gamma zat/bahan yang lebih aktif adalah sinar radiasi beta, jenis bahan/zat yang memiliki daya tembus yang besar adalah sinar radiasi gamma, material/bahan yang memiliki kemampuan dalam menyerap sinar radiasi yang baik adalah Al, dan hukum kebalikan kuadrat juga berlaku pada aktivitas peluruhan sinar radiasi.

REFERENSI

[1]Beiser, Arthur.1995. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.

[2]Kenneth S. Krane. 1992.Fisika Modern. Jakarta: UI-Press

[3]Subaer, dkk. 2014. Penuntun Praktikum Eksperimen Fisika I Unit Laboratorium Fisika Modern Jurusan Fisika FMIPA UNM.