Konsep dan Aspek Radioaktivitas

KONSEP DAN ASPEK RADIOAKTIVITAS

Dibuat oleh:

Anita Valerie Stephani S

NIM: 210343606441

1. Uraian Materi

     Di kehidupan sehari-hari seringkali kita mendengar kata radioaktivitas. Namun sebenarnya apakah kita tahu apa maksud dari radioaktivitas itu? Radioaktivitas adalah kemampuan inti atom yang tak stabil untuk memancarkan radiasi menjadi inti yang stabil dengan melepas partikel  sub-atomik energik atau sinar radiasi elektromagnetik. Materi yang mengandung inti tak stabil memungkinkan untuk memancarkan radiasi disebut sebagai zat radioaktif. 

• Sinar radioaktif

        1. Sinar Alfa: sinar radiasi yang terdiri dari partikel-partikel bermuatan positif +2 dan massa atomnya 4. Karena muatan dan massa atom yang sama, sinar alfa disamakan dengan inti Helium. Massa partikel alfa adalah 6.643 x 10^-27 kg. Sinar ini memiliki daya ionisasi paling besar dan dapat dibelokkan oleh medan listrik ke arah kutub negatif.

        2. Sinar Beta: berkas sinar yang terdiri dari partikel-partikel yang bermuatan negatif yang identik dengan elektron. Partikel beta memiliki massa sebesar 9.2 x 10^-31 kg. Sinar ini memiliki daya tembus yang lebih besar dari alfa, dapat dibelokkan oleh medan listrik ke kutub positif, dan dapat mengionisasi gas yang dilaluinya.

            3. Sinar Gamma: radiasi elektromagnetik tidak bermuatan yang dipancarkan oleh inti yang berada dalam kondisi energetik. Kecepatan sinar gamma sama dengan kecepatan cahaya. Sinar ini tidak bermuatan, tidak memiliki massa, memiliki daya tembus yang lebih besar dibanding yang lain, dan tidak dapat dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet.

• Peluruhan radioaktif

    1. 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 2He4), maka inti tersebut kehilangan 2 proton dan 2 neutron, sehingga Z berkurang 2, n berkurang 2, dan A berkurang 4. Persamaan peluruhannya :

Contoh :

       2. 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.

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 :

        3. 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:

• Aktivitas radioaktif

Jumlah atom suatu bahan radioaktif yang meluruh per satuan waktu disebut dengan aktivitas radioaktif. Kita dapat merumuskan aktivitas radioaktif dengan persamaan :

A = - (dN/dt)

N adalah jumlah inti radioaktif dan t adalah waktu peluruhan. jumlah inti atom radioisotop yang meluruh sebanding dengan selang waktu dt selama peluruhan, dengan tetapan kesebandingan λ , yang dinamakan tetapan radioaktif sebagai ukuran laju peluruhan, yang tergantung pada jenis radioisotop, dan tidak tergantung keadaan sekitarnya, serta tidak dipengaruhi oleh apapun.

Sehingga, peluruhan radioaktif dapat dituliskan dalam persamaan:

- (dN/dt) = λ . dt

Persamaan ini dapat diselesaikan dengan persamaan berikut :

• a)  Satuan radioaktivitas

Satuan SI radioaktivitas adalah becquerel (Bq), merupakan aktivitas sebuah radionuklida yang meluruh dengan laju rata-rata satu transisi nuklir spontan per sekon. Sehingga

1 Bq = 1 peluruhan/sekon

Satuan yang lama adalah curie (Ci), di mana 1 curie setara dengan 3,70 × 1010 Bq, atau 1 Ci = 3,7 × 1010 Bq.

b)     e)  Waktu paruh

Waktu paruh merupakan waktu yag diperlukan oleh zat radioaktif untuk berkurang menjadi setengah dari jumlah semula, sehingga kita dapat ditentukan jumlah unsur yang masih tersisa setelah selang waktu tertentu. Waktu paruh setiap unsur berbeda beda.

Dari persamaan 3a dapat diketahui :

untuk t = T ----------> N = ½ N0

sehingga, ½ N0 = N0. e-λt

λ .T = ln 2

λ = 0,693/T

T = 0,693/T ...................................................... (4)

Dari persamaan 4 kita dapat menententukan jumlah inti radioaktif setelah peluruhan dengan persamaan:

2. Fenomena pada Bidang Bioteknologi

    Radioisotop merupakan suatu isotop yang tidak stabil atau radioaktif dari sebuah unsur yang dapat berubah massa atomnya dengan memberikan radiasi. Radioisotop memiliki banyak manfaat dalam kehidupan manusia. Radioisotop banyak digunakan didalam penelitian biologi dan kedokteran seperti untuk memberikan label dan mendeteksi suatu rantai gen atau protein. Contoh lain semisalnya untuk memberikan label rantai DNA  harus menggunakan isotop 32P, sedangkan untuk melabel protein digunakan 35S. Dalam laboratorium penelitian modern, terutama laboratorium biologi molekuler dan bioteknologi, banyak di temukan sarana khusus untuk melakukan penelitian dengan isotop.

    Salah satu penerapan konsep dan aspek radioaktivitas pada bidang Bioteknologi adalah DNA Probing yang merupakan proses melacak suatu rantai atau fragmen DNA/RNA yang menjadi target dengan menggunakan rantai DNA yang berkomplementer. DNA probe yang telah dilabel akan berkomplementasi dengan target melalui hibridisasi sehingga dapat mendeteksi keberadaan gen tertentu. Terdapat dua macam probe, yaitu homologus dan heterologus. Homologus adalah probe yang diperoleh dari DNA dengan sumber yang sama dengan DNA yang akan dilacak sehingga ikatan komplemen probe dengan DNA target cenderung lebih kuat dan presisi. Sedangkan heterologus adalah probe diperoleh dari sumber organisme yang berbeda atau dibuat secara sintetik sehingga ikatannya kurang presisi dengan gen target.NA probe yang telah dilabel akan berkomplementasi dengan target melalui hibridisasi sehingga dapat mendeteksi keberadaan gen tertentu. 

3. Teknologi dalam bidang Bioteknologi

    Salah satu teknologi yang menerapkan konsep dan aspek radioaktivitas dalam bidang Bioteknologi adalah Positron Emission Tomography (PET Scan) yang merupakan tes pencitraan yang dapat memungkinkan dokter memeriksa penyakit atau gangguan yang terdapat pada organ maupun jaringan tubuh manusia. PET melibatkan penyuntikkan zat radioaktif yang disebut radiotracer sebelum pasien masuk ke pemindai PET. Sebagai metode pemindaian gabungan, PET scan menggunakan sinar X dan zat radioaktif yang menandai bagian, di mana sel-sel lebih aktif dari biasanya.

4. Contoh Soal dan Pembahasan

Inti Ra dengan nomor atom 88 dan nomor massa 226 melepas 1 elektron. memiliki waktu paruh 1,6 x 103 tahun. Jumlah inti 3 × 1016. Berapakah aktivitas inti pada saat itu?

Penyelesaian:

Besaran yang diketahui:

N = 3 × 1016

T = (1,6 × 103 th)(3,16 × 107 s/th

T = 5,1 × 1010 s

sehingga:

λ = 0,693/T

λ = 0,693/(5,1 x 105 s) = 0,14 × 10-10 = 1,4 × 10-11/s

A = λ . N

A = (1,4 × 10-11)(3 × 1016)

A = 4,2 × 105 peluruhan/s

A = 4,2 Bq

5. Permasalahan Kontekstual pada Bidang Bioteknologi, Solusi Penyelesaiannya dan Desain Miniatur Teknologi Penyelesaiannya 

    Pestisida atau pembasmi hama adalah bahan yang digunakan untuk mengendalikan, menolak, atau membasmi organisme pengganggu. Sasarannya bermacam-macam, seperti serangga, tikus, gulma, burung, mamalia, ikan, atau mikrobia yang dianggap mengganggu. Pestisida biasanya, tetapi tak selalu, beracun.

    Akan tetapi, penggunaan pestisida tanpa mengikuti aturan yang diberikan membahayakan kesehatan manusia dan lingkungan, serta juga dapat merusak ekosistem. Berdasarkan Konvensi Stockholm mengenai Polutan Organik Persisten, 9 dari 12 senyawa kimia organik berbahaya adalah pestisida. Dengan begitu, penulis pun menawarkan solusi berupa teknik serangga mandul yang dapat dilakukan dengan meradiasi serangga menggunakan radiasi gamma yang memandulkannya. 

    Serangga jantan yang mandul tersebut kemudian dilepas dalam jumlah yang besar pada daerah terserang hama. Saat serangga jantan yang mandul kawin dengan serangga betina, maka tidak akan terjadi proses perkembang biakan atau tidak akan memiliki keturunan. Dengan melepaskan serangga jantan mandul secara berulang,, populasi hama serangga akan turun secara mencolok. Teknologi ini banyak diterapkan secara intensif di banyak negara penghasil pertanian seperti Amerika Selatan.