Universitas Gadjah Mada 1

BAB II

RADIASI PENGION

Salah satu bidang penting yang berhubungan dengan keselamatan radiasi

pengukuran besaran fisis radiasi terhadap berbagai jenis radiasi dan sumber radiasi. Untuk

itu perlu perlu pengetahuan tentang radiasi, sumber radiasi dan besaran radiasi.

A. Radiasi

Pada awalnya yang dimaksud dengan radiasi adalah gelombang elektromagnetik.

Dalam perkernbangannya, yang dimaksud dengan radiasi adalah pancaran energi. Oleh

karenariya pancaran energi tersebut tidak hanya energi foton tetapi termasuk energi

kinetik suatu materi, sehingga radiasi dapat berupa pancaran foton atau partikel.

Berdasarkan jenis radiasi, radiasi dapat dibedakan menjadi 3 yaitu gelombang

elektromagnetik, partikel tidak bermuatan, dan partikel bermuatan.

Radiasi juga dapat dibedakan berdasarkan kemampuan mengionkan materi yang

dilaluinya, yaitu :

1. Radiasi pengion : radiasi yang dapat mengionkan materi yang dilaluinya. Yang

masuk dalam kelompok ini adalah foton dengan panjang gelombang < 1 nm atau

setara dengan energi 12 eV, dan radiasi yang berupa partikel antara lain alfa, netron,

dan beta.

2. Radiasi non pengion : radiasi yang tidak termasuk kelompok radiasi pengion, yaitu

foton yang panjang gelombang < 1 nm, misalnya gelombang radio, dan sinar

matahari (Tsoulfanadis).

Dalam pembahasan selanjutnya yang dimaksud dengan radiasi adalah radiasi

pengion. Sumber radiasi dapat berupa zat radioaktif atau dengan alat misalnya pesawat

sinar-x, akselerator electron dan lain sebagainya. Karakteristik radiasi nuklir yang banyak

dikenal dirinci dalam Tabel II.1.

Tabel II.1. Karakteristik Radiasi Nuklir

Jenis Symbol Muatan relative

Massa rihat (sma)

Energy rihat (MeV)

Umur rerata (detik)

Netron

Proton

Deuteron

Alfa

Positron

Electron, beta

n

p

d

+,e+

-,e-

0

1

1

2

1

-1

1.008982

1.007593

2.014187

4.002777

0.000549

0.000549

939.507

938.213

1 875.500

3 727.160

0.510976

0.5 10976

1.013 103

Stabil

Stabil

Stabil

Stabil

Stabil

Universitas Gadjah Mada 2

Muon

Pion

Kaon

Gama

Sianr-x

Neutrino

Hasil belah

Ringan

Berat

K

x

v

1

1

1

0

~20

~22

0.114

0.150

0.531

~0

~95

~139

105.655

139.59

493.9

0

0

~0

2,212 10-6

2,55 10-8

1,224 10-8

Stabil

Stabil

Stabil

Sumber : (Prce,1958)

B. Interaksi radiasi dengan materi

Pada prinsipnya proses interaksi radiasi dengan materi adalah proses

perpindahan energi radiasi ke materi yang dilaluinya. Untuk maksud terebut radiasi dapat

dikelompokkan menjadi tiga yaitu partikel bermuatan, partikel tidak bermuatan, dan

gelombang elektromagnetik.

1. Partikel bermuatan

Interaksi pertikel bermuatan dengan materi dibedakan menjadi 2 yaitu:

a. interaksi tumbukan dengan elektron orbital yang mengakibatkan proses ionisasi dan

eksitasi. lonisasi terjadi jika electron memperoleh energi yang cukup untuk

meninggalkan atom menjadi partikel bebas.

b. Interaksi dengan muatan inti yang rnengakibatkan pengerernan kecepatan partikel

yang mengakibatkan pelepasan sinar x. Intensitas sinar-x berbanding lurus dengan

percepatan partikel

Persamaan (1) tersebut menunjukkan bahwa:

a. Untuk 2 partikel meleawati medium yang sama maka partkel yang ringan akan

rnenghasikan jurnlg foton sinar-x yang lebih banyak.

b. Untuk partikel yang sarna melewati 2 medium yang nomor atomnya berbeda maka

partikel yang melewati medium yang nomor atomnya lebih besar akan rnenghasilkan

sinar-x yang lebih banyak.

Pada proses interaksi dengan materi terjadi perpindahan energi dan radiasi ke

medium, sehinga akhimya radiasi tersebut akan berhenti. Sehubungan dengan ha!

tersebut besaran penting terkait dengan interaksi pertikel bermuatan dengan materi

Universitas Gadjah Mada 3

adalah jangkau panjang lintasan maksimum partikel bermuatan. Satuan jangkau dapat

dinyatakan dengan satuan panjang ( cm, m) atau satuan ketebaalan (g/cm2, kg/m2).

Berikut persamaan semi empiris jangkau partikel alfa di udara sebagai fungsi

energi kinetiknya pata tekanan dan temperatur normal:

Untuk menentukan jangkau pada medium lain, maka digunakan hukum Bragg-

Kleeman :

1 adalah densitas dan A adalah berat atom. Untuk campuran maka berat efektif

dapat dihitung dengan persamaan berikut:

dalam hal ini w1 adalah fraksi berat atom komponen campuran

Untuk jangkau electron, dapat digunakan persamaan semiempiris yang

dikembangkan oleh Tabata, Ito, dan Okabe ( Persamaan ITO), untuk energi 0,3 keV

sampai dengan 30 MeV..

Universitas Gadjah Mada 4

Jika medium merupakan campuran maka Zef dan Aef dihitung dengan persamaan

berikut :

Dalam hal ini w1 adalah fraksi berat atom komponen campuran.

2. Partikel tidak bermuatan (netron)

Interaksi netron dengan materi dapat dibedakan menjadi 2 yaitu hamburan

dan serapan. Interaksi serapan akan mengakibatkan reaksi tranformasi nuklir atara

lain pembentukan inti senyawa yang diikuti dengan pembelahan (yang disebut reaksi

fisi atau pembelahan) dan atau pelepasan radiasi (yang sering disebut reaksi

tangkapan.).

Peluang terjadinya interaksi individual masing-masing nuklida dengan netron

dinyatakan dengan tampang mikroskopik yang dinyatakan dengan satuan luas,

biasanya baru, yang mana 1 barn = 10-24 cm2. Tampang mikroskopik dapat diartikan

sebagai peleang terjadinya interaksi dengan netron persatuan luas.

Di samping tampang mikroskopik didifinisikan tampang makroskopik, yaitu

peluang terjadinya interaksi persatuan panjang lintasan netron. Hubungan tampang

makroskopik dengan tampang mikroskopik dapat dituliskan sebagai berikut:

Dalam hal ini adalah tampang makroskopik, adalah tampang mikroskopik,

dan NA adalah tetapan Avogadro.

Dengan menggunakan besaran tampang makroskopik maka laju reaksi

persatuan volume adalah hasil kali tampang makroskopik dengan jumlah netron yang

menembus per satuan luas per satuan waktu atau dapat ditulis dengan persamaan

berikut:

Dalam ini R adalah laju reaksi, dan adalah fluks netron. Contoh data

tampang mikroskopik nuklida dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Universitas Gadjah Mada 5

Tabel 2.2. Tampang Mikroskopik Nuklida

Nama Z Simbol A

Tampang Mikroskopik (Barn)

Hamburan Jenis

Reaksi

Energi Netron

0,0253

eV

Integral

Resonansi

2

Mev

Hydrogen

Carbon

Boron

Uranium

1

6

5

92

H

C

B

U

1

2

3

10

11

235

238

20,4

3,4

1,5

4,75

3,6

2,2

3,9

13,8

238

(n, )

(n, )

(n, )

(n, )

(n, )

(n, )

(n, f)

(n, )

(n, f)

0,33

0,00053

0,0034

759

3837

0,0055

98,6

582,2

2,70

0

0,0015

341

1722

144

275

275

0

0,4

0,008

0,1

1,3

0,054

0,55

3. Gelombang elektromagnetik

Radiasi yang berupa gelombang elektromagnetik yang banyak di kenal

adalah radiasi gama dan sinar-x. Interasi foton gengan materi daoat dikelompokkan

menjadi 3 yaitu

a. Efek foto listrik. Terjadi tumbukan dengan electron orbital, yang mana seluruh

energi foton dipindahkan ke pada electron sehingga elektron tersebut

terpelanting, sehingga energi kinetik elektronter pelanting sama dengan energi

foton dikurangi energi ikat electron orbital tersebut. Probabilitas interaksi foto

listrik disebut koefisien foto listrik (t) atau tampang foto elektrik

b. Hamburan Compton. Terjadi tumbukan dengan electron orbital, yang mana

sebagian energi foton dipindahkan ke pada electron sehingga elektron tersebut

terpelanting, sehingga energi kinetik electron ter pelanting sama dengan energi

foton dikurangi energi foton terhambur dan energi ikat electron orbital tersebut.

Probabilitas interaksi hamburan Compton disebut koefisien hamburan Compton

(a) atau tampang hamburan Compton.

c. Produksi Pasangan. Terjadi interaksi foton dengan medan muatan intl sehingga

terbentuk pasangan negatron dan positron yang terhambur dengan arah yang

berlawanan. Interaksi tersebut dapat terjadi jika energi foton lebih besar

disbanding 2 masa rihat electron. Positron yang terbentuk akan bertemu electron

bebas sehingga terjadi proses anihilasi. Probabilitas interaksi produksi pasangan

disebut koefisien produksi pasangan (ic) atau tampang produksi pasangan.

Universitas Gadjah Mada 6

Ketiga jenis interaksi foton dengan materi tersebut akan mengakibatkan

penurunan intensitas foton dan perpindahan energi foton ke materi. Probabilitas total

interaksi (t) disebut koefisien atenuasi, sehingga dapat di tulis:

Secara fisik, koefisien atenuasi adalah probabilitas interaksi persatuan

panjang. Koefien atenuasi dapat dinyatakan dengan koefisien atenuasi massa

Interaksi tersebut di atas akan menurunkan fluks foton yang hubungan

matematikanya dapat ditulis sbb:

Dalam hal ini adalah fluks foton dan x adalah tebal materi, maka jika

persamaan di atas diselesaikan, untuk berkas sejaajar akan diperoleh hubungan:

Faktor e-x pada persamaan di atas dapat diartikan sebagai probabilitas dapat

menembus (tidak berinteraksi) materi dengan tebal x. Jarak rerata interaksi atau

disebut jarak pukul rata (t) dapat ditentukan dengan persaaaamaan berikut:

Persamaan tersbut menunjukkan bahwa jarak pukul rata adalah kebalikan

koefisien atenuasi total.

C. Sumber radiasi

Sumber radiasi dapat berupa alat atau zat radioaktif. Sumber radiasi yang

berupa alat, akan mengemisikan radiasi pada sata alt tersebut dioperasikan, sebagai

contoh pesawat sinai-x. Pesawat sinar-x tersebut mengemisikan sinar-x yang

merupakan hash interaksi electron cepat dengan materi target, yang mengakibatkan

Universitas Gadjah Mada 7

proses pembentukan sinar abar yang spectrum energinya kontinue. Kuat sumber

radiasi dapat diatur sesuai dengan spesifikasi alat.

Berbeda dengan sumber radiasi berbentuk alat, sumber radiasi berupa zat

radioaktif akan mengemisikan radiasi terus menerus balk saat digunakan maupun

tidak digunakan. Radionuklida mempunyal umur paro tertentu dan akan

mengemisikankan jells radiasi dan energi yang tertentua, sehingga spectrum energi

yang diemisikan diskrit, tetapi kuat sumber akan menurun dengan waktu tergantung

umur paronya. Contoh sumber radiasi berupa zat radioaktif antara lain 60Co, 137Cs,

dan 252Cf. Informasi jenis dan energi radiasi suatu radionukllda dapat diperoleh dan

tabel nuklida atau skema peluruhan.

Gambar 2.1. Skema Peluruhan 60Co