MAKALAH Interaksi Radiasi Dengan Materi

INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI DISUSUN OLEH KELOMPOK IV ANGGOTA KELOMPOK 1. ROZI IRHAS 2. SRI PUJI RAHAYU 3. DESWAN

153112600120029 153112600120048 153112600120032

FAKULTAS TEKNIK DAN SAINS UNIVERSITAS NASIONAL JAKARTA 2016/2017

BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Menurut kita,bagaimanakah bentuk interaksi dari radiasi apabila mengenai suatu benda atau materi? Kemudian bagian mana yang mengalami interaksi dengan radiasi dari benda tersebut, kemudian dampak apa saja yang mungkin disebabkan oleh interaksi dari radiasi yang mengenai suatu benda atau materi tersebut? Setelah pada pertemuan sebelumnya kita telah membahas tentang bagaimana struktur atom dan bagaimana produksi dari sinar-X, sekarang ini kita akan sedikit menyinggung atau membahas tentang interaksi radiasi dengan benda atau materi. Sebelum kita membahas interaksi radiasi dengan materi alangkah lebih baiknya kita membahas sedikit tentang apa itu radiasi. Seperti yang kita ketahui, radiasi adalah pancaran energi yang berasal dari proses transformasi atom atau inti atom yang tidak stabil. Ketidakstabilan dari atom sendiri mungkin memang sudah alamiah atau dapat dibuat oleh manusia, oleh karena itu ada dua sumber radiasi yang ada yakni sumber radiasi alam dan sumber radiasi buatan. Dalam prosesnya, jika partikel bermuatan listrik menembus kedalam materi, maka atom materi tersebut akan tereksitasi dan atau terionisasi. Karena pengaruh medan listrik inti atom maka arah partikel bermuatan akan berbelok dengan tiba-tiba dan kecepatannya berkurang, sehingga kemudian energinya habis. Arah gerakan elektron partikel bermuatan akan berbelok dengan tajam pada saat bertumbukan dengan atom, sebaliknya energy partikel berat bermuatan listrik tidak begitu berkurang ketika terjadinya tumbukan dengan atom dan tidak mengalami perubahan arah sehingga dapat melaju dengan lurus. Ada beberapa jenis-jenis dari radiasi yang dapat dibedakan menjadi partikel bermuatan, radiasi partikel tak bermuatan dan gelombang elektromagnetik atau foton. Ketiga jenis radiasi ini mempunyai karakteristik fisis dan cara interaksinya dengan materi atau benda yang sangat berbeda. 1.2 RUMUSAN MASALAH Adapun rumusan masalah dari penulisan paper ini adalah : 1. Bagaimana jenis-jenis interaksi radiasi yang dapat terjadi?

2. Bagaimana proses interaksi radiasi dengan partikel bermuatan dan gelombang elektromagnetik? 3. Bagaimana Interaksi radiasi β dan elektron dengan materi? 1.3 TUJUAN PENULISAN Adapun tujuan dari penulisan paper ini adalah : 1. Untuk mengetahui tentang jenis-jenis interaksi radiasi. 2. Untuk mengetahui proses terjadinya interaksi radiasi dengan partikel bertmuatan dan gelombang elektromagnetik 3. Untuk mengetahui interaksi radiasi β dan electron dengan materi.

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 RADIASI PARTIKEL BERMUATAN Radiasi jenis ini merupakan pancaran energi dalam bentuk parikel yang bermuatan listrik. Adapun beberapa jenis dari radiasi ini adalah radiasi alpha dan beta yang dipancarkan oleh zat radioaktif (inti atom yang tidak stabil), serta radiasi elektron dan proton yang dihasilkan oleh masih berkas elektron maupun sebuah akselerator. 2.2.1 Alpha Suatu partikel alpha terdiri dari dua buah proton dan dua buah neutron, ini identik dengan inti atom unsur helium serta memiliki muatan listrik yang positif sebesar 2 muatan elementer. Radiasi alpha sendiri dipancarkan oleh suatu zat radioaktif atau dari inti atom yang tidak stabil. Jumlah proton dan jumlah dari neutron yang berada dalam inti atom yang memancarkan radiasi alpha akan berkurang sebanyak dua. 2.2.2 Beta Ada dua jenis radiasi beta yaitu radiasi beta yang positif dan radiasi beta yang negatif. Beta negatif identik dengan elektron, baik itu massa maupun muatan listriknya, sedangkan beta positif identik dengan positron (elektron yang bermuatan positif). Elektron sendiri memiliki massa yang sangat ringan apabila dibandingkan dengan partikel nukleonik lainnya (=0) sedangkan muatannya sebesar satu muatan. Radiasi beta sendiri dipancarkan oleh suatu zat radioaktif atau inti atom yang tidak stabil. Ketika memancarkan radiasi beta negatif, di dalam inti atomnya terjadi transformasi neutron menjadi proton, sebaliknya pada saat memancarkan beta positif terjadi transformasi proton menjadi neutron. 2.2 INTERAKSI RADIASI PARTIKEL BERMUATAN Interaksi radiasi partikel bermuatan ketika mengenai materi adalah proses Coulomb, yaitu gaya tarik menarik atau tolak menolak antara radiasi partikel bermuatan dengan elektron orbital dari atom bahan. Adapun beberapa proses yang terjadi adalah sebagai berikut : 2.2.1 Ionisasi Proses ionisasi adalah peristiwa lepasnya elektron dari orbitnya karena ditarik atau ditolak oleh radiasi partikel bermuatan. Elektron yang lepas menjadi elektron bebas

sedangkan sisa atomnya menjadi ion positif. Setelah melakukan ionisasi energi radiasi akan berkurang sebesar energi ionisasi elektron. Peristiwa ini akan berlangsung terus sampai energi radiasi partikel bermuatan habis terserap. Radiasi alpha yang mempunya imassa maupun muatan lebih besar mempunyai daya ionisasi yang lebih besar daripada radiasi yang lain.

Gambar Proses Ionisasi 2.2.2 Eksitasi Proses eksitasi adalah peristiwa “loncatnya” (tidak sampai lepas) electron dari orbit yang dalam ke orbit yang lebih luar karena gaya tarik atau gaya tolak radiasi partikel bermuatan. Atom yang mengalami eksitasi ini disebut dalam keadaan tereksitasi (excited state) dan akan kembali ke keadaan dasar (ground state) dengan memancarkan radiasi sinar-X.

Gambar Proses Eksitasi

2.2.3 Bremsstrahlung Proses Brehmsstrahlung adalah peristiwa dibelokkannya atau bahkan dipantulkannya radiasi partikel bermuatan oleh inti atom dari bahan. Ketika radiasi tersebut dibelokkan atau dipantulkan maka akan timbul perubahan momentum sehingga terjadi pemancaran energi berbentuk gelombang elektromagnetik yang disebut sebagai Brehmsstrahlung.

Gambar Proses Bremsstrahlung 2.2.4 Reaksi Inti Dalam peristiwa ini, radiasi partikel bermuatan berhasil “masuk” dan ditangkap oleh inti atom bahan, sehingga inti atom bahan akan berubah,mungkin menjadi inti atom yang tidak stabil. Fenomena ini disebut sebagai proses aktivasi. Akan tetapi ada juga yang hanya sekedar bereaksi tanpa menghasilkan inti yang tidak stabil seperti reaksi partikel alpha bila mengenai bahan Beriliu makan menghasilkan unsur Lithium dan radiasi neutron. α + Be  Li + n Berbeda dengan tiga peristiwa di atas, peristiwa reaksi inti ini tidak terjadi pada semua jenis materi. 2.3 RADIASI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK Radiasi ini merupakan pancaran energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik atau foton yang tidak bermassa maupun bermuatan listrik. Terdapat dua jenis radiasi yang berbentuk gelombang elektromagnetik yaitu sinar gamma dan sinar-X.

2.3.1 Gamma Radiasi gamma dipancarkan oleh inti atom yang dalam keadaan tereksitasi (bedakan dengan atom yang tereksitasi). Setelah memancarkan radiasi gamma, inti atom tidak mengalami perubahan baik jumlah proton maupun jumlah neutron.

Gambar Proses Peluruhan Gamma 2.3.2 Sinar-X Sebenarnya dikenal dua jenis sinar-X yaitu yang dihasilkan oleh atom dalam keadaan tereksitasi (sinar-X karakteristik) dan yang dihasilkan oleh proses interaksi radiasi partikel bermuatan (Brehmsstrahlung).

Gambar Produksi Sinar-X Karakteristik Perbedaan kedua jenis sinar-X di atas, selain asa lterjadinya, adalah bentuk spektrum energinya. Sinar-X karakteristik bersifat “discreet” pada energi tertentu sesuai dengan jenis unsurnya, sedangkan brehmsstrahlung bersifat kontinyu.

2.4 INTERAKSI RADIASI GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK Interaksi radiasi gelombang elektromagnetik ketika mengenai materi lebih menunjukkan sifat dualisme gelombang

partikel yaitu efek fotolistrik, efek Compton, dan produksi

pasangan. 2.4.1 Efek Fotolistrik Peristiwa terlepasnya elektron orbital suatu atom karena interaksi dengan radiasi gelombang elektromagnetik dinamakan efek fotolistrik. Elektron yang dilepaskan pada peristiwa tersebut disebut fotoelektron, dan energi geraknya adalah selisih antara energi ionisasi elektron orbital dan energi radiasi . Pada saat energi radiasi kecil, kebanyakan fotoelektron terlepas dengan arah tegak lurus pada arah radiasi, tetapi bila energinya besar maka fotoelektron terpancar ke arah depan dalam jumlah yang banyak. Secara teori, semakin besar ikatan antara elektron dan inti atom maka semakin besar persentase terjadinya efek fotolistrik; untuk elektron pada kulit K akan terjadi efek fotolistrik sebesar kira-kira 80%.

Gambar Peristiwa Efek FotoListrik 2.4.2 Efek Compton Peristiwa terjadinya tumbukan antara foton dan elektron dalam suatu atom yang mengakibatkan sebagian energi foton menjadi energi gerak elektron dan sebagian energi hamburan foton disebut efek Compton. Bila energi foton cukup besar, efek Compton dapat terjadi pada elektron orbital yang energi ikatnya dapat diabaikan. Selanjutnya, elektron dianggap sebagai elektron bebas, energi dan momentumnya

sama besar sebelum dan sesudah bertumbukan. Dalam hal ini terjadi tumbukan elastis sempurna antara foton dan elektron. Koefisien atenuasi pada efek Compton ialah jumlah dari perbandingan energi gerak elektron antibonding dan perbandingan energi hamburan foton. Koefisien atenuasi pada efek Compton sebanding dengan nomor atom materi.

Gambar Peristiwa Efek Compton 2.4.3 Produksi Pasangan Peristiwa ini menunjukkan kesetaraan antara massa dengan energy sebagaimana diperkenalkan pertama kali oleh Einstein. Bila sebuah foton yang mengenai materi berhasil “masuk” sampai kedaerah medan inti (nuclear field) dan mempunyai energi lebih besar dari 1,022 MeV maka foton tersebut akan diserap habis dan akan dipancarkan pasangan elektron – positron. Positron adalah anti partikel dari elektron, yang mempunyai karakteristik sama dengan elektron tetapi bermuatan positif.

Gambar Peristiwa Produksi Pasangan

2.5 INTERAKSI RADIASI β DAN ELEKTRON DENGAN MATERI

2.5.1 Pengurangan energi. Jika menembus materi, radiasi β berenergi tinggi akan kehilangan energinya menurut 2 tahap sebagai berikut: a. atom tereksitasi atau terionisasi oleh energi radiasi β, b. sewaktu melaju di dekat inti atom materi, radiasi β dibelokkan arahnya oleh medan

listrik inti atom dan kecepatannya berkurang, dengan hilangnya energi tersebut menyebabkan terjadinya atenuasi radiasi (Bremstrahlung). Setiap kali partikel β bertumbukan dengan atom, arah geraknya mengalami pembelokan yang besar dan pergerakannya zigzag. Penyerapan radiasi β di dalam materi dihitung menurut rumus eksponensial. Jika energi elektron menjadi lebih besar dari beberapa MeV, ada kemungkinan inti atom dapat tereksitasi, tetapi persentasenya sangat kecil. Pada proses Bremstrahlung energi elektron (E) berbanding dengan kuadrat nomor atom (Z) dibagi massa elektron (E = (Z/m)2). 2.5.2 Daya perlambatan Energi partikel bermuatan listrik yang hilang per satuan jarak pada waktu menembus materi disebut daya perlambatan linear (S). Perbandingan S dan kerapatan materi (β) disebut daya perlambatan massa (Sm = S/ β), artinya energi yang hilang pada materi bermassa 1 g dengan luasan 1 cm 2. Meskipun materinya berbeda, daya perlambatan massa terhadap radiasi β atau elektron hampir sama, karena Sm tidak berubah secara drastis. 2.5.3 Hamburan. Hamburan partikel β disebabkan oleh interaksinya dengan inti atom atau elektron orbital materi. Untuk memperkecil hamburan digunakan materi dengan nomor atom yang kecil. Pada pengukuran radioaktivitas radiasi β, dapat terjadi hamburan radiasi β oleh materi pendukung sumber. Peristiwa ini disebut hamburan balik dan akan mempengaruhi hasil pengukuran. Besarnya hamburan balik bergantung pada nomor atom dan tebal materi penghambur, makin tebal materi hamburan balik makin

besar, sampai mencapai nilai konstan, dan disebut hamburan balik jenuh. Koefisien hamburan balik berubah berdasarkan nomor atom dan tebal materi pendukung, energi radiasi β, dan faktor lain. Jika materi cukup tebal, maka nilai koefisiennya konstan, hal ini disebut koefisien hamburan balik jenuh. 2.5.4 Anihilasi pasangan elektron-positron. Pada interaksi positron dengan materi, energi geraknya dapat berkurang hingga habis seperti halnya pada interaksi antara elektron dengan materi. Positron yang kehilangan energi geraknya bergabung dengan elektron dan berubah menjadi 2 buah foton yang dipancarkan ke arah yang berlawanan. Peristiwa ini disebut anihilasi pasangan. Dalam hal ini, karena seluruh massa pasangan menjadi energi foton, maka energi masing-masing foton adalah 0,51 MeV.

BAB III PEMBAHASAN 3.1 Ada beberapa jenis interaksi radiasi dengan materi yang dapat terjadi, diantaranya adalah interaksi radiasi dengan partikel bermuatan, gelombang elektromagnetik, radiasi β dan electron. Dari beberapa jenis interaksi radiasi dengan materi ini memiliki beberapa proses yang terjadi didalamnya, dimana ada beberapa perbedaan diantara setiap proses yang terjadi didalamnya. Untuk interaksi radiasi dengan partikel bermuatan biasanya terjadi pada partikel α (alpha) dan partikel β (beta), sedangkan untuk interaksi radiasi dengan gelombang elektromagnetik biasanya terjadi dengan radiasi γ (gamma) dan radiasi sinarX. 3.2 Ada beberapa jenis interaksi radiasi dengan materi, seperti yang dijelaskan diatas sebelumnya ada interaksi radiasi dengan partikel bermuatan, ada juga interaksi materi dengan gelombang elektromagnetik. Untuk interaksi radiasi dengan partikel bermuatan ada beberapa proses yang terjadi, diantaranya ionisai, eksitasi, bremsstrahlung dan reaksi inti. Untuk proses ionisasi sendiri adalah proses terlepasnya elektron dari orbit akibat ditarik atau ditolak oleh radiasi partikel bermuatan dimana electron yang terlepas menjadi elektron bebas sedangkan sisa atomnya menjadi ion positif dan menyebabkan energi radiasi akan berkurang sebesar energi ionisasi electron. Untuk proses eksitasi disebutkan sebagai peristiwa “loncatnya” (tidak sampai lepas) electron dari orbit yang dalam ke orbit yang lebih luar karena gaya tarik atau gaya tolak radiasi partikel bermuatan. Untuk kembali ke keadaan stabil, electron yang mengalami eksitasi akan melepaskan energy berupa foton atau sinar-X. Untuk proses Bremsstrahlung disebutkan sebagai peristiwa dibelokkannya atau bahkan dipantulkannya radiasi partikel bermuatan oleh inti atom dari bahan. Biasanya terjadi pada pembuatan sinar-X pada pesawat sinar-X, dan untuk proses reaksi inti disebut sebagai peristiwa dimana radiasi partikel bermuatan berhasil “masuk” dan ditangkap oleh inti atom bahan, sehingga inti atom bahan akan berubah,mungkin menjadi inti atom yang tidak stabil. Sedangkan pada interaksi materi dengan gelombang elektromagnetik akan menyebabkan beberapa efek yang terjadi yaitu efek fotolistrik, Compton dan produksi pasangan. Untuk efek fotolistrik terjadi akibat terlepasnya elektron orbital suatu atom karena interaksi dengan radiasi gelombang elektromagnetik, sedangkan efek Compton adalah terjadinya tumbukan antara foton dan elektron dalam

suatu atom yang mengakibatkan sebagian energi foton menjadi energi gerak elektron dan sebagian energi hamburan foton dan untuk efek produksi pasangan disini dimaksud adalah apabila sebuah foton yang mengenai materi berhasil “masuk” sampai kedaerah medan inti (nuclear field) dan mempunyai energi lebih besar dari 1,022 MeV maka foton tersebut akan diserap habis dan akan dipancarkan pasangan elektron – positron. 3.3 Apabila terjadi interaksi radiasi β dan electron dengan suautu materi maka akan menyebabkan beberapa hal terjadi seperti pengurangan energy, daya perlambatan, hamburan dan anihilasi pasangan electron-positron. Untuk pengurangan energy terjadi akibat dari radiasi yang menembus suatu materi sehingga mengakibatkan terjadinya pengurangan energinya. Sedangkan untuk penghamburan partikel β disebabkan oleh interaksinya dengan inti atom atau elektron orbital materi. Dan yang terakhir yakni interaksi positron dengan materi, energi geraknya dapat berkurang hingga habis seperti halnya pada interaksi antara elektron dengan materi. Positron yang kehilangan energi geraknya bergabung dengan elektron dan berubah menjadi 2 buah foton yang dipancarkan ke arah yang berlawanan.

BAB IV SARAN Agar lebih memahami setiap proses dan efek yang terjadi akibat interaksi radiasi dengan suatu materi dan bias mengedukasikan kemasyarakat bahwa dengan memahami lebih jauh dan detail dengan proses dan efek-efek yang terjadi dari interaksi radiasi dengan materi, masyarakat akan lebih memahami dan bahkan tidak menutup kemungkinan akan menghilangkan rasa takut yang berlebih terhadap radiasi.