IONISASI UDARA MELALUI RADIOAKTIVITAS
SRI AWALIYAH RAHMAH (1127030066)
FISIKA
SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI
SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG
TAHUN 2015
Email :
[email protected]
ABSTRAK
Telah dilakukan eksperimen tentang ionisasi udara melalui radioaktivitas antara dua elektroda dimana tegangan diberikan. Pendeteksian radiasi menggunakan plat sejajar yang didalamnya diberikan radiasi lalu bandingkan perbedaan arus tanpa menggunakan radiasi dan saat diberikan radiasi. Dari pngambilan data didapat perbedaan dari data arus ternyata arus yang diberi radiasi lebih besar dibandingkan yang tidak diberi radiasi. Bila plat diberikan medan listrik terhadap pasangan ion yang terbentuk, maka elektron akan bergerak menuju ke kutub positif sedangkan residual atom-nya yang bermuatan positif akan bergerak menuju kutub negatif. Pergerakan elektron-elektron tersebut dapat menginduksikan arus atau tegangan listrik.
Kata kunci : Radioaktivitas, elektroda, radiasi, arus,
PENDAHULUAN
Radioaktif adalah 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 merupakan sebuah proses acak sehingga sulit untuk memprediksi peluruhan sebuah atom. Sinar radioaktif ini ada 3 macam yaitu: sinar alfa (α), sinar beta (β), dan sinar gamma (γ). Sinar radiaktif sangat erat hubungannya dengan kegiatan sehari-hari. Seperti dalam bidang kesehatan, pertanian, industry, peternakan, biologi, dan sebagainya.
Eksperimen ini dilakukan untuk menganalisis ionisasi udara melalui radioaktivitas antara dua elektroda dimana tegangan diberikan dan mendeteks transport muatan antara elektroda.
Obyek penelitian adalah sumber radioaktif Am-241. Sasaran penelitian adalah diperolehnya nilai tegangan dari hasil ionisasi udara melalui radioaktivitas antara dua eklektroda yang diberikan tegangan.
DASAR TEORI
Radioaktif atau radiasi yang berasal dari bahan radioaktif adalah satu bentuk energi yang dipancarkan oleh atom atau molekul yang disebarkan melalui ruang atau materi sebagai partikel / partikel ataupun gelombang elektromagnetik. Radioaktivitas (juga disebut radioaktif juga merupakan fenomena alami atau buatan, dimana ditimbulkan oleh zat tertentu atau bahan kimia. Ada dua radio aktif yang ada pada umumnya yaitu Radioaktivitas spontan atau alami: Hal ini diwujudkan dalam unsur-unsur radioaktif dan isotop ditemukan di alam dan mencemari lingkungan seperti uranium dan thorium dalam lingkungan (tanah, pohon, air dan udara) dan Radioaktivitas buatan atau induksi: radioaktif ini merupakan salah satu yang disebabkan oleh transformasi nuklir buatan seperti Technitium-99m yang digunakan dalam medis dan Iridium-192 yang digunakan dalam industri termasuk pembangkit listrik tenaga nuklir.
Radioaktivitas atau peluruhan radioaktif adalah perubahan atau konversi secara spontan inti nuklida stabil ke inti lainnya di mana ada radiasi pengion. Setiap kali jumlah proton dalam inti, maka akan ada unsur perubahan. Radioaktivitas ditemukan pada tahun 1896 oleh Henri Becquerel pada garam uranium. Untuk memperjelas sifat radioaktivitas signifikan,fisikawan Perancis Pierre Curie dan Marie Curie asal Polandia berkontribusi untuk hal ini.
Sinar radioaktif ini berbentuk seperti gelombang cahaya, gelombang radio, sinar infra-red (panas), microwave dan sinar X. Antara sinar mengion yang ada adalah partikel Alfa, partikel beta, sinar Gamma, sinar X dan juga Neutron. Radioaktivitas digunakan untuk memperoleh energi nuklir, dan juga digunakan dalam pengobatan (radioterapi dan radiologi) dan aplikasi industri (misalnya mengukur ketebalan dan ukuran kerapatan).
Pada interaksi antara radiasi dan gas akan terbentuk pasangan ion positif dan elektron bebas. Energi rata-rata satu pasangan ion diberi notasi W dengan satuan eV (elektron volt). Satu eV sama dengan energi yang diperoleh elektron yang melewati celah dengan beda potensial 1 V dalam keadaan hampa udara. Nilai W untuk beberapa partikel bermuatan listrik sekitar 30~35 eV, nilai W untuk beberapa gas sekitar 22~43 eV, dan nilai W rata-ratanya adalah sekitar 30 eV. Misalnya, jika melewati udara nilai W alpha adalah 35,5 eV dan energinya sekitar 1 ~10 MeV. Nilai W elektron juga tidak begitu berbeda dari alpha yaitu 34,0 eV.
Nilai W berbagai jenis partikel bermuatan listrik tidak jauh berbeda karena adanya efek sekunder (pengaruh elektron yang terbentuk karena efek langsung) yang lebih besar daripada efek langsung (tumbukan) partikel bermuatan listrik yang terjadi di dalam materi.
Secara garis besar radiasi digolongkan ke dalam radiasi pengion dan radiasi non-pengion, (BATAN, 2008).
Radiasi Pengion
Radiasi pengion adalah jenis radiasi yang dapat menyebabkan proses ionisasi (terbentuknya ion positif dan ion negatif) apabila berinteraksi dengan materi. Yang termasuk dalam jenis radiasi pengion adalah partikel alpha, partikel beta, sinar gamma, sinar-X dan neutron. Setiap jenis radiasi memiliki karakteristik khusus. Yang termasuk radiasi pengion adalah partikel alfa (α), partikel beta (β), sinar gamma (γ), sinar-X, dan partikel neutron.
Radiasi Non Pengion
Radiasi non-pengion adalah jenis radiasi yang tidak akan menyebabkan efek ionisasi apabila berinteraksi dengan materi. Radiasi non-pengion tersebut berada di sekeliling kehidupan kita. Yang termasuk dalam jenis radiasi non-pengion antara lain adalah gelombang radio (yang membawa informasi dan hiburan melalui radio dan televisi); gelombang mikro (yang digunakan dalam microwave oven dan transmisi seluler handphone); sinar inframerah (yang memberikan energi dalam bentuk panas); cahaya tampak (yang bisa kita lihat); sinar ultraviolet (yang dipancarkan matahari).
Tiga jenis utama radiasi ditemukan oleh Ernest Rutherford, Alfa, Beta, dan sinar gamma. radiasi tersebut ditemukan melalui percobaan sederhana, Rutherford menggunakan sumber radioaktif dan menemukan bahwa sinar menghasilkan memukul tiga daerah yang berbeda. Salah satu dari mereka menjadi positif, salah satu dari mereka bersikap netral, dan salah satu dari mereka yang negatif. Dengan data ini, Rutherford menyimpulkan radiasi yang terdiri dari tiga sinar. Beliau memberi nama yang diambil dari tiga huruf pertama dari abjad Yunani yaitu alfa, beta, dan gamma.
Radiasi alpha (α)
Peluruhan Alpha adalah jenis peluruhan radioaktif di mana inti atom memancarkan partikel alpha, dan dengan demikian mengubah (atau 'meluruh') menjadi atom dengan nomor massa 4 kurang dan nomor atom 2 kurang. Namun, karena massa partikel yang tinggi sehingga memiliki sedikit energi dan jarak yang rendah, partikel alfa dapat dihentikan dengan selembar kertas (atau kulit).
Radiasi beta (β)
Peluruhan beta adalah jenis peluruhan radioaktif di mana partikel beta (elektron atau positron) dipancarkan. Radiasi beta-minus (β )terdiri dari sebuah elektron yang penuh energi. radiasi ini kurang terionisasi daripada alfa, tetapi lebih daripada sinar gamma. Elektron seringkali dapat dihentikan dengan beberapa sentimeter logam. radiasi ini terjadi ketika peluruhan neutron menjadi proton dalam nukleus, melepaskan partikel beta dan sebuah antineutrino.
Radiasi beta plus (β+) adalah emisi positron. Jadi, tidak seperti β , peluruhan β+ tidak dapat terjadi dalam isolasi, karena memerlukan energi, massa neutron lebih besar daripada massa proton. peluruhan β+ hanya dapat terjadi di dalam nukleus ketika nilai energi yang mengikat dari nukleus induk lebih kecil dari nukleus. Perbedaan antara energi ini masuk ke dalam reaksi konversi proton menjadi neutron, positron dan antineutrino, dan ke energi kinetik dari partikel-partikel
Radiasi gamma (γ)
Radiasi gamma atau sinar gamma adalah sebuah bentuk berenergi dari radiasi elektromagnetik yang diproduksi oleh radioaktivitas atau proses nuklir atau subatomik lainnya seperti penghancuran elektron-positron. Radiasi gamma terdiri dari foton dengan frekuensi lebih besar dari 1019 Hz. Radiasi gamma bukan elektron atau neutron sehingga tidak dapat dihentikan hanya dengan kertas atau udara, penyerapan sinar gamma lebih efektif pada materi dengan nomor atom dan kepadatan yang tinggi. Bila sinar gamma bergerak melewati sebuah materi maka penyerapan radiasi gamma proporsional sesuai dengan ketebalan permukaan materi tersebut.
METODE EKSPERIMEN
Eksperimen ini bertujuan untuk mendeteksi ionisasi udara melalui radioaktivitas antara dua elektroda dimana tegangan diberikan dan mendeteksi transport muatan antara elektroda.
Alat dan bahan yang digunakan diantaranya radioaktif Am-241 330kBq, electrometer amplifier, plat seng untuk efek fotolistrik, grid elektroda, batang koneksi, STE resistor 10 GO 0,5 W, voltmeter, power supply.
Eksperimen dilakukan dengan menyiapkan rangkaian alat, pertama menyusun dengan menghubungkan amplifier electrometer ke 12 V keluaran dari power supply 450 V. kemudian pasang 2 elektroda dan hubungkan dengan keluaran dari power supply. Lalu hubungkan ke voltmeter. Pasang radioaktif Am-241 dengan menggunakan batang penghubung statif, kemudian berikan tegangan pada elektroda tersebut. Lakukan percobaan tersebut 2 kali, pertama dengan menggunakan radioaktif dan tanpa mnggunakan radioaktif pada sela antara kedua elektroda.
DATA DAN ANALISIS
Tabel. Tegangan keluaran tanpa dan dengan sumber radiasi (Am-241)
No
Tegangan tanpa radiasi (Am-241) volt
Tegangan dengan radiasi (Am-241) volt
I = U10 GΩ 10% x 10 Volt tanpa radiasi (Am-241) nA
I = U10 GΩ 10% x 10 Volt dengan radiasi (Am-241) nA
1
6,5
8
7,222222
8,888889
2
6,5
8
7,222222
8,888889
3
6,5
8,1
7,222222
9
4
6,5
8,1
7,222222
9
5
6,6
8
7,333333
8,888889
6
6,6
8
7,333333
8,888889
7
6,5
8,1
7,222222
9
8
6,5
8,1
7,222222
9
9
6,6
8,2
7,333333
9,111111
10
6,6
8,1
7,333333
9
Rata-rata
6,54
8,07
7,266667
8,966667
Dari data yang didapat dihasilkan arus yang didapat pada saat tidak dikenai radiasi lebih kecil dibandingkan dengan yang dikenai radiasi, dikarenakan semakin banyak jumlah radiasi per satuan waktu yang memasuki detektor maka akan semakin besar arusnya. Demikian pula bila energi radiasi semakin besar, arus yang dihasilkannya semakin besar.
Pada saat radiasi melewati materi yaitu udara maka sebagian atau seluruh energi radiasinya akan berpindah karena terjadinya hamburan dan penyerapan. Dengan demikian energi radiasinya akan berkurang, proses berkurangnya energi radiasi ini karena adanya interaksi antara radiasi dengan materi. Akibat proses interaksi anatar radiasi dan materi menyebabkan terjadinya ionisasi.
Alat ukur radiasi yang menerapkan cara arus ini dapat menghilangkan kerugian penerapan cara pulsa, karena yang akan ditampilkan dalam cara ini bukanlah informasi dari setiap radiasi yang memasuki detektor, melainkan integrasi dari jumlah muatan yang dihasilkan oleh radiasi tersebut dalam satu satuan waktu. Bila diberikan medan listrik terhadap pasangan ion yang terbentuk itu, maka elektron akan bergerak menuju ke kutub positif, sedangkan residual atom-nya yang bermuatan positif akan bergerak menuju kutub negatif. Pergerakan elektron-elektron tersebut dapat menginduksikan arus atau tegangan listrik. Arus dan tegangan listrik yang ditimbulkan ini dapat diukur dengan menggunakan peralatan penunjang misalnya Ampermeter atau Voltmeter.
Semakin besar energi radiasinya, maka akan dihasilkan lebih banyak pasangan ion. Semakin banyak pasangan ion, maka arus atau tegangan listrik yang ditimbulkannya akan semakin besar pula. proses konversi pada cara arus ini tidak dilakukan secara individual untuk setiap radiasi, melainkan dilakukan secara akumulasi untuk seluruh radiasi. Tegangan keluaran berbanding lurus dengan arusnya, sehingga semakin besar tegangan yang diperoleh maka semakin besar arus yang dihasilkan dan sebaliknya.
KESIMPULAN
Dari eksperimen yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa semakin banyak jumlah radiasi persatuan waktu yang memasuki detektor, maka akan semakin besar pula arusnya. Dan tegangan keluaran berbanding lurus dengan arusnya, sehingga semakin besar tegangan yang diperoleh maka semakin besar arus yang dihasilkan dan sebaliknya.
Bila diberikan medan listrik terhadap pasangan ion yang terbentuk itu, maka elektron akan bergerak menuju ke kutub positif, sedangkan residual atom-nya yang bermuatan positif akan bergerak menuju kutub negatif. Pergerakan elektron-elektron tersebut dapat menginduksikan arus atau tegangan listrik.
DAFTAR PUSTAKA
Burnham, J.U., Radiation Protection, New Brunswick Power Corporation, 1992;
Cember, Herman, Introduction to Health Physics, edisi bahasa indonesia, Pergamon Press, Sydney, 1983;
http://id.wikipedia.org/wiki/Radiasi
Lilley, J.S., Nuclear Physics Principles and Applications, John Willey and Sons, Singapore, 2001;
Ridwan, Mohammad, Prayoto dkk., Pengantar Ilmu Pengetahuan Teknologi Nuklir, Badan Tenaga Atom Nasional, Jakarta, 1978;
