01. Fisika Bidang Radiasi

Zaenal Abidin Lektor Kepala IV b SD Kebonharja SMP Cepiring

Dosen sejak 1988 Sekretaris UPPM Sekretaris Jurusan TKN Ketua Jurusan TKN Ketua Prodi Elmek Ketua Jurusan TFN

Teknologi Nuklir SMA Kendal (lulusan 1!"# Alikasi Te Teknik Nuklir Pengajar K! "ndustri $eknik $ eknik %uklir K! #oiler$ K! Alat #erat$ NDT Sekolah %uk %uklir lir $ok&o 11 11

IKK Ahli 'adiogra

)

Dasar Fisika Radiasi

*

+

,

PRT!"#L D$R $%& T'(

-

('D#L T'( &')R

A 1 ( m

#lek*ron

!n*i *om +,ro*on +,ro*on - Ne*ron

% 1 &

% 1

1%&1' m !

!D#NT!F!"$! !D#NT!F!"$! %N$%R

.enis unsur ditentukan oleh ju/lah proton &ang ada di dala/ inti ato/0 Misal  Se/ua ato/ &ang /engandung "- proton adalah ato/ dari unsur Cobalt  Se/ua ato/ &ang /engandung -- proton adalah ato/ dari unsur Iridiu/



!D#NT!F!"$! !NT! T'( N/klida

 enis !n*i *om

Pen/lisan

A A A * atau * atau * atau *&A ) )

A+ Nomor massa ( Jumla, roton - neutron )+ Nomor atom ( Jumla, roton

12

Contoh Ato/ 3eriliu/ 444444 la/bang *3e .u/lah proton 5 ju/lah elektron 5 * .u/lah netron 5  4 * 5 +

!s*ila lain dari in*i a*om 

%uklida istilah untuk /en&atakan jenis inti ato/ suatu unsur



6nsur &ang sa/a dapat /e/iliki nuklida &ang berbeda Contoh 6nsur Irridiu/ (Ir# dapat berupa nuklida dan

11

1" Ir --

--

Ir11

!s*ila dalam ,enamaan n/klida

1"


1)


1*

,a

si2 Radiasi

i*/3

4 suatu pan7aran dan pera/batan energi /elalui /ateri atau ruang dala/ bentuk gelo/bang elektro/agnetik atau partikel

Contoh 8 4pera/batan panas 4pera/batan 7aha&a 4pera/batan gelo/bang radio 1+


1,


Radiasi gelom4ang #lec*romagne*ik 

1-

Diantara radiasi gelo/bang 9M sinar ga//a dan sinar : /e/iliki energi &ang besar sehingga /a/pu /engionisasi /edia &ang dilalui disebut radiasi pengion


1!


Radiasi N/klir 333

1


(enga,a 4isa *er5adi 3 Radiasi

*om Tidak $*a4il "2


*om $*a4il

T'( $T&!L DN T!D" $T&!L

Atom Stabil $e*ia, lin*asan 6ang le4i dalam *erisi ,en/ dengan elek*ron ses/ai dengan ka,asi*asn6a "1


Atom Tidak Stabil da lin*asan 6ang le4i dalam 6ang *idak *erisi ,en/ dengan elek*ron ses/ai dengan ka,asi*asn6a

Energi Eksternal

TRN$!$! #L#"TR'N

Sinar&* karakteristik

""


Radiasi Par*ikel  $erdapat

jenis radiasi lain &ang /erupakan radiasi pengion dan disebut sebagai radiasi partikel &aitu8  'adiasi Alpha  'adiasi 3eta  'adiasi %etron

")


Radiasi l,a  Partikel

ber/uatan listrik positip /irip inti ato/ heliu/  Da&a ionisasi sangat besar da&a te/bus pendek  Dapat dibelokkan oleh /edan listrik atau /edan /agnet

"*


Radiasi &e*a 

Partikel /irip elektron sangat ringan  3er/uatan listrik negatip terdapat pula &ang ber/uatan positip disebut positron  Da&a ionisasin&a besar da&a te/busn&a terhadap /aterial padat lebih besar daripada sinar alpha0  Dapat dibelokkan oleh /edan listrik dan /edan /agnet

"+


Radiasi &e*a

",


Radiasi Ne*ron 

Partikel tidak ber/uatan listrik  %etron /a/pu /ene/bus unsur4unsur berat dengan /udah dan dapat diserap oleh beberapa unsur ringan teruta/a h&drogen0  Dapat /engakti;asi bahan

"-


$inar 7 dan $inar 8amma 

Persa/aan Keduan&a adalah gelo/bang elektro/agneti  Perbedaan

Asal usul  Sinar : berasal dari luar inti ato/ sedangkan sinar ga//a berasal dari dala/ inti ato/  Sinar ga//a dipan7arkan dari bahan radioakti< /en&ertai pan7aran sinar alpha atau beta "!


$inar 7 dan $inar 8amma



"

3ahan radioakti< atau sering disebut radioisotop adalah bahan &ang inti ato/n&a tidak stabil akibat adan&a perubahan ju/lah proton atau netron0


$inar 7 dan $inar 8amma Sinar = terjadi karena adan&a tu/bukan antara elektron 7epat dengan target0 .enis sinar :  3re/strahlung (sinar : kontin&u#  Sinar : karakteristik

)2


$inar 7 dan $inar 8amma #remstra,lung Elektron .eat menem/us mendekati inti atom dan mengalami erlam/atan ti/a0ti/a &

& &

&

N

&

& &

& & & &

)1


$inar 7 dan $inar 8amma Sinar * Karakteristik Elektron .eat menum/uk elektron ada or/it lintasan2 atom /agian dalam & &

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

&

N

&

N

&

&

&

N

& &

&

&

& &


&

& &

&

&

)"

&

&

&

$i9a* $inar 7 dan $inar 8amma 13 53 !3 '3 73 3 3

Ke.eatan ram/at ! 4 1%8 Tidak tamak dan tidak daat dirasa Mengionisasi medium 6ang dilalui "ntensitas radiasi memenu,i ,ukum kuadrat ter/alik Daat disera dan di,am/urkan ole, material Meram/at ada garis lurus Menem/us material te/al 6ang tak daat ditem/us .a,a6a 83 Meng,itamkan :ilm 93 Memendarkan .a,a6a ketika mengenai /a,an :luores.ent ))


Pan5ang 8elom4ang dan #nergi 

Panjang gelom/ang 

Jarak antar un.ak gelom/ang  Satuan$ Angstrom A o2 

Frek;ensi 

Jumla, gelom/ang er detik  Putaran er detik <=2  Amlitudo  Tinggi gelom/ang )*


Pan5ang 8elom4ang dan #nergi 8 utaran>detik

λ

Frek;ensi /er/anding ter/alik dengan anjang gelom/ang

λ

' utaran>detik

λ

)+


5 utaran>detik

Pan5ang 8elom4ang dan #nergi Energi diengaru,i ole, :rek;ensi dan anjang gelom/ang 

Energi se/anding dengan :rek;ensi  Energi /er/anding ter/alik dengan anjang gelom/ang 9 = hν 9=h

7

λ

Energi memengaru,i da6a tem/us ada material ),

 Energi

/esar da6a tem/us /esar


$a*/an #nergi Energi sinar * dan Sinar gamma din6atakan dengan 

e? @ elektron olt  Ke? @ kilo elektron olt ( seri/u e?  Me? @ Mega elektron olt ( satu juta e?

Pengertian 1 e? Jumla, energi 6ang sama dengan energi kinetik elektron saat elektron terse/ut mele;ati /eda otensial 1 ?olt Bonto,$ 1 elektron mele;ati /eda otensial 1%% K? ada ta/ung sinar *$ energi elektron ts/3 Adala, 1%% Ke? )-


Pan5ang 8elom4ang dan #nergi

Spektru/ Sinar :

K α Cu K β Cu

s a t i s n e t n I

K α Ni K β Ni

s a t i s n e t n I

λmin λef Panjang Gelombang



Panjang Gelombang

Sektrum /remstra,lung adala, kontin6u  Sektrum sinar * karakteristik adala, diskrit )!



$egangan Pun7ak V

K?

+

-



Tegangan untuk mem/angkitkan sinar * adala, gelom/ang sinus$ nilain6a selalu /eru/a,  Tegangan un.ak adala, nilai tegangan maksimum$ di/eri lam/ang K? Kilo Volt peak 2  Tegangan 6ang diatur ada anel kontrol sinar * adala, nilai K? )



9nergi Maksi/u/ Jika ada ta/ung sinar * diterakan suatu /eda otensial$ sinar * 6ang di,asilkan memiliki energi dari 6ang terenda, samai maksimum3 #esarn6a energi maksimum adala, Ema4 ( e K? Bonto, Jika tegangan 6ang diterakan 18% K?$ maka E ma4 ( 18% Ke? *2


s a t i s n e t n "

λmin λef Panjang Celom/ang


9nergi 9
Energi e:ekti: setia mesin sinar * /er/eda ;alauun K? sama  #ergantung /entuk gelom/ang tegangan  Umumn6a$ sekitar  dari E ma4 9/a= 9e> = 1+ *1

Bonto, Jika tegangan 6ang diterakan 18% K?$ maka Ema4 ( 18% Ke? Ee:: (  3 18% ( 15% Ke?


$,ek*r/m $inar:7 dan $inar 8amma

Spektru/ Sinar ?a//a Panjang Celom/ang Angstroms2 0,01 : i t a l e E s a t i s n e t n "

0,02 Bo&%

1,0

"r&195

0,8 0,6 0,4 0,2 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9

*"

0,03 0,04 0,06 0,1

 Sektrum


0,8 0,7 0,6 0,5

0,4 0,3 0,2 0,1

Energi Me?2

sinar gamma adala, diskrit

)/k/m "/adra* Ter4alik

Intensitas 'adiasi 

"ntensitas /erkas radiasi adala, jumla, radiasi dalam /erkas dikalikan dengan energi setia radiasi3 Atau$ energi er satuan luas er satuan ;aktu3



"ntensitas radiasi se.ara umum diukur dalam oentgents er jam >jam23

*)


)/k/m "/adra* Ter4alik A B

@ubungan Intensitas dan .arak r 1

C1

r 2

C2

Pada jarak le/i, jau,$ intensitas radiasi terdistri/usi ada area 6ang le/i, luas$ se,ingga ada luasan 6ang sama intensitasn6a le/i, ke.il3 **


)/k/m "/adra* Ter4alik Hubungan Intensitas dan Jarak "ntensitas radiasi /er/anding ter/alik dengan kuadrat jarak$ dirumuskan dengan ersamaan

I1 I"

*+


"

=

r"

"

r1

)/k/m "/adra* Ter4alik Bonto, "ntensitas radiasi gamma ada jarak 1% meter adala, ' m>Jam3 #eraa intensitas radiasi ada jarak 5% meter

*,


Peluru,an radioakti: adala, roses eru/a,an inti atom 6ang tidak sta/il menjadi sta/il3 adioaktiitas adala, :enomena kejadian2 eluru,an inti atom suatu unsur3

"nti atom 6ang meluru, dise/ut radioisotop atau radionuklida3

*-


Mode Peluruhan      

*!

Emisi artikel al,a Emisi artikel /eta Emisi ositron Tangkaan elektron Emisi sinar gamma :oton2 Pem/ela,an :isi2 sontan


#misi l,a "nti atom 6ang meman.arkan al,a akan ke,ilangan dua roton dan dua neutron serta mem/entuk nuklida /aru3 Bonto, Uranium&5!8 6ang /eru/a, menjadi nuklida /aru T,orium&5!'3 5!8 5!' ' U &&&& T,
*


#misi &e*a Dalam roses eluru,an /eta terjadi eru/a,an neutron menjadi roton di dalam inti atom3 Bonto, Pos,or&!5 6ang /eru/a, menjadi nuklida /aru Sul:ur&!5 !5 !5 % P &&&& S e 17 1 &1

+2


#misi Posi*ron Positron meruakan ,asil trans:ormasi inti dimana roton menjadi netron3 Bonto, Gksigen&17 mengalami eluru,an dengan meman.arkan ositron dan mem/entuk nuklida /aru Nitrogen&17 17 17 % G &&&& N e 8  -1

+1


Tangka,an #lek*ron Proton didalam inti atom daat menangka elektron or/it ada kulit K2 untuk mem/entuk m em/entuk netron /aru ditulis dengan ersamaan 0 -1

+"

1 1

1 0

e+ H→ n


#misi $inar 8amma  Sinar

gamma di,asilkan karena tingkat energi inti atom tidak /erada ada keadaan dasar3

 Pan.aran

radiasi gamma mengikuti eluru,an al,a$ /eta$ atau tangkaan elektron3

 Pan.aran

gamma 6ang men6ertai al,a Bonto,$ adium&55 menjadi adon&555

+)


55 555 ' a &&&& n H
#misi $inar 8amma Pan.aran radiasi gamma 6ang men6ertai /eta Misal$ "soto Bo/alt&% 6ang meluru, menjadi Nikel&% "soto "ridium&195 6ang meluru, menjadi Platinum&1953 % % % Bo &&&& Ni H e 5 58 &1 % % 58Ni H &&&& 58Ni - γ "r 195 &&&& 8Pt195H - &1e% 195 195 Pt H &&&& Pt - γ 8 8 

+*


#misi $inar 8amma Pan.aran radiasi gamma 6ang men6ertai tangkaan elektron Misal$ "soto "ridium&195 6ang meluru, menjadi Gsmium& 195 195 % 195 "r e &&&& Gs H  &1  195 195 Gs H &&&& Gs - γ  

++


+,

Fisi $,on*an



isi spontan adalah pe/belahan inti ato/ &ang disertai dengan pan7aran radiasi netron tanpa adan&a pasokan netron dari luar0



Isotop &ang dapat /engala/i pe/belahan spontan adalah Cali

Fisi $,on*an

+-


$/m4er Radiasi lam dan &/a*an 3ahan radioakti< ala/ adalah bahan &ang se7ara ala/iah /e/an7arkan radiasi akibat tidak sei/bangn&a ga&a tolak elektrostatis proton dengan ga&a tarik inti netron Contoh 8 'adiu/4"", ('a4"",#

+!


$/m4er Radiasi lam dan &/a*an #a,an radioakti: /uatan adala, /a,an radioakti: 6ang di/uat dari /a,an 6ang memiliki inti atom sta/il Bonto, + Bo/alt %$ "rridium 195$ T,ulium 1%$ Itter/ium 19$ Selenium 7$ Besium&1! Bara em/uatan +  eaksi :isi dalam reaktor nuklir  Aktiasi netron dalam reaktor nuklir  Menem/aki inti atom sta/il dengan artikel /ermuatan didalam mesin emer.eat artikel seerti akselerator dan siklotron +


k*i;i*as Aktiitas radiasi adala, jumla, eluru,an er satuan ;aktu Satuan  Burie Bi2  #euerel #2 &&& satuan internasional S"2  Peluru,an> detik 1 # ( 1 eluru,an> detik 1 Bi ( ! 4 1%9 # ,2


k*i;i*as Aktiitas adala, :ungsi ;aktu A(t)

A"

=

− B $ ⋅

A1 ⋅ e

Ao

Ao>5 Ao>' Ao>8

,1


T1>5

5T1>5

!T1>5

Waktu

k*i;i*as Dua /a,an radioakti: /er/eda memiliki aktiitas sama$ aaka, jumla, radiasi 6ang dian.arkan sama 

Satu inti atom Bo/alt % 6ang meluru, selalu meman.arkan dua radiasi gamma  1$1 Me?  1$!! Me?  Satu inti atom "rridium 195 6ang meluru, ,an6a meman.arkan satu radiasi gamma  Terdaat 5' energi gamma 6ang mungkin  Iang dier,atikan %$!1 Me?$ %$' Me?$ dan %$% Me? ,"


$C

,)

=

2,) B


Itter/ium 19 I/&192 "ridium 195 "r&1952 Selenium 7 Se&72 T,ulium 1% Tm&1%2 Bo/alt % Bo&%2$ Besium 1! Bs&1!2 adium 55 a&552

#akt$ "a%o (T1&2) !5 ,ari '$! ,ari 15% ,ari 1!% ,ari 7$5 ta,un !%$1 ta,un 15% ta,un

Peri*/ngan k*i;i*as
,*

$ $1D"

1   =    " 


Peri*/ngan k*i;i*as Bonto, 13 Sum/er radiasi "r&195 memiliki aktiitas '% Bi3 Angga /a,;a ;aktu aro sum/er terse/ut adala, 7 ,ari$ /eraa aktiitas sum/er terse/ut 17% ,ari 6ang akan datang 53 Aktiitas sum/er "r&195 ada ,ari ini adala, 7% Bi$ /eraa aktiitas sum/er terse/ut 7 ,ari 6ang lalu ,+


k*i;i*as $,esi9ik

Aktiitas sesi:ik adala, aktiitas er gram /a,an radioakti: Satuan 

Bi> gram  #>gram

,,


k*i;i*as $,esi9ik Pentingn6a aktiitas sesi:ik  Aktiitas

sesi:ik tinggi meng,asilkan dimensi sum/er ke.il$ ketajaman gam/ar :ilm /aik

 Aktiitas

sesi:ik tinggi meng,asilkan keluaran sum/er le/i, /aik karena en6eraan diri ter,ada radiasi renda,

,-


k*i;i*as $,esi9ik Aktiitas untuk sum/er radioakti: murni$ 6ang tidak .amur dengan isoto lain dari unsur 6ang sama (carrier-free radioisotope) A s A s

=MN =

%$89! N A #eJuerel> gram T1>5 A ;

Aktiitas sesi:ik /er/anding ter/alik dengan ;aktu aro ,!


k*i;i*as $,esi9ik Aktiitas sesi:ik sum/er radioakti: /uatan

A s

− ( = N :  1 − e

%$89! T>T1>5

)

Tergantung ada  Fluks reaktor nuklir  aktu laman6a material diiradiasi dalam reaktor  Karakteristik dari material 6ang diiradiasi seerti /erat atom dan tamang lintang ,


#misi $,esi9ik $inar 8amma 

Emisi sesi:ik sinar gamma adala, intensitas radiasi ada satu satuan jarak dari sum/er titik satu satuan aktiitas  jam Bi -2


#misi $,esi9ik $inar 8amma
"=

-1


Γ A 5

r

#misi $,esi9ik $inar 8amma Bonto, + 12 Uji radiogra:i menggunakan sum/er "r&195 dengan aktiitas 7% Bi3 #eraa intensitas radiasi ada jarak 1%% meter dari sum/er terse/ut 52 Untuk memerkirakan aktiitas sum/er "r&195$ dilakukan engukuran intensitas radiasi ada jarak 7% mm $ ,asil engukuran menunjukkan nilai 7 m>Jam3 #eraa /esarn6a aktiitas sum/er terse/ut -"


Pen6era,an Radiasi

1 2 3 4 5

' + -

1$ '$ 7 radiasi disera 5$ ! radiasi transmisi$ radiasi rimer 6ang tidak mengalami eru/a,an energi

-)


Pen6era,an Radiasi Pen6eraan radiasi adala, :enomena ,ilangn6a se/agian intensitas radiasi ketika radiasi sinar 4 atau sinar gamma menem/us material Proses en6eraan radiasi meliuti 

E:ek :otolistrik  E:ek Bomton  E:ek roduksi asangan -*


Pen6era,an Radiasi

9
oton "atang

#lektron terle$as -

    -

-

-

Terjadi pada energi 10 Kev – 500 Kev -+


Pen6era,an Radiasi #99ek =om,*on #lektron terle$as -

!oton "atang

#=

-

# 1 + 1*+, #  )1 − Cos '(

θ -

-

   

-,

%a"iasi &amburan

-

-


-

-

Terjadi pada energi 0,1 – 3 MeV

Pen6era,an Radiasi Prod/ksi Pasangan !oton "atang

-

#lektron terle$as -

    -

-

-

 Positron terle$as

.Terjadi pada energi lebih dari 1,02 MeV . Elektron dan positron bergabung menghasilkan 2 foton dgn energi 0,51 MeV --


)asil Pe6era,an     

-!

Pen6eraan radiasi mengaki/atkan ionisasi$ terutama e:ek :otolistrik dan Bomton3 "onisasi adala, :enomena terleasn6a elektron dari atom3 "on adala, atom$ molekul$ atau artikel /ermuatan listrik3 "onisasi meng,asilkan asangan ion$ 6aitu ion ositi dan ion negati3 Pada roses :otolistrik dan Bomton$ elektron /e/as 6ang terleas adala, ion negati$ sedangkan atom 6ang ditinggalkan ole, elektron adala, ion ositi3


ki4a* Pen6era,an Radiasi Pen&erapan radiasi /engakibatkan  Ionisasi  'adiasi sekunder 

"onisasi adala, :enomena terleasn6a elektron dari atom3  "on adala, atom$ molekul$ atau artikel /ermuatan listrik3  "onisasi meng,asilkan asangan ion$ 6aitu ion ositi dan ion negati3  Pada roses :otolistrik dan Bomton$ elektron /e/as 6ang terleas adala, ion negati$ sedangkan atom 6ang ditinggalkan ole, elektron adala, ion ositi3 -


ki4a* Pen6era,an Radiasi !onisasi 

"onisasi adala, :enomena terleasn6a elektron dari atom3  "on adala, atom$ molekul$ atau artikel /ermuatan listrik3  "onisasi meng,asilkan asangan ion$ 6aitu ion ositi dan ion negati3  Pada roses :otolistrik dan Bomton$ elektron /e/as 6ang terleas adala, ion negati$ sedangkan atom 6ang ditinggalkan ole, elektron adala, ion ositi3 !2


ki4a* Pen6era,an Radiasi Radisi $ek/nder 'adiasi sekunder &ang dihasilkan pada proses pen&erapan radiasi 

'adiasi ha/buran pada e
!1


"oe99isien 4sor4si Pro/a/ilitas en6eraan radiasi ole, material ditunjukkan ole, /esaran 6ang dise/ut koe:isien a/sor/si linear  µ23 1000 Diengaru,i ole,  anjang gelom/ang energi2 radiasi  nomor atom material  raat jenis material !

O=k M = !"

!


otal

100

Com$ton

µ )/m-1( 10

!oto listrik Pro"uksi $asangan

1

0.1

1

10

#nergi )e(

100

)al9 >al/e La6er +)>L dan Ten* >al/e La6er +T>L adiasi ,am/uran

'

"1

+ -

I2 !)


=I

1

e

− µ

x

adiasi rimer

"5

)al9 >al/e La6er +)>L Kete/alan material 6ang daat menurunkan intensitas menjadi setenga, dari intensitas semula '%*i (V")

n 5 O

!*

%389! O


1%% 15% 157 17% 5%% 57% Se&7 "r&195 Bs&1! Bo&%

V (mm) Timbal

.o/%'t'

'!i (!t''l)

%$5 & %$58 %$!% %$75 %$88 1 7 $7 15$

1 & 5% 55$' 57 58 !% '!$5 '8 5

& 5$7 & !$ 7$1 $' 8 1! 1 51

)al9 >al/e La6er +)>L Dalam ,u/ungann6a dengan
I" I1

!+

1  @VL  =    " 


)al9 >al/e La6er +)>L Bonto, 1 adiasi gamma dari sum/er "r&195 menem/us /aja dengan kete/alan 5 mm3 Jika nilai
!,


Ten* >al/e La6er +T>L Kete/alan material 6ang daat menurunkan intensitas menjadi seerseulu, dari intensitas semula

TVL

=

Ln 10 μ TVL

!-

=


2.303 μ

Ten* >al/e La6er +T>L Bonto, "ntensitas radiasi ada jarak tertentu dari sum/er Bo&% adala, 1% m>jam3 #eraa te/al P/ 6ang ,arus digunakan untuk erisai agar ada lokasi terse/ut intensitas radiasi menjadi 5$7 m>jam Diketa,ui nilai T? P/ adala, 15$ mm3

!!


Ten* >al/e La6er +T>L Dalam ,u/ungann6a dengan T?$ rumus atenuasi daat ditulis menjadi *

"5 "1

!

1  T?P  =    1% 


&/ild %, Fac*or

' adiasi ,am/uran +

"1

adiasi rimer

+

"5

-

I2 2

= BI

# (Dasar /uild u :a.tor Fisika Radiasi

1

e

− µ

x

01. Fisika Bidang Radiasi

Recommend Documents