PELURUHAN BETA

A. KONSEPDalam peluruhan beta, sebuah neutron berubah menjadi proton atau sebaliknya. Jadi Z dan N masing-masing berubah satu satuan, tetapi A tidak berubah. Berdasarkan konsep ini maka pada proses peluruhan beta, sebuah neutron meluruh menjadi sebuah proton dan sebuah partikel beta negatif, atau sebuah proton meluruh menjadi sebuah neutron dan sebuah partikel beta positif.

Ketika proses peluruhan ini pertama kali dipelajari, partikel yang dipancarkan disebut partikel beta, kemudian baru diketahui bahwa partikel itu adalah elektron. Elektron yang dipancarkan pada peluruhan beta bukanlah elektron kulit atom dan juga bukan elektron yang semula berada dalam inti. Tetapi elektron ini diciptakan oleh inti dari energi yang ada. Jika ada beda energi diam sekurang-kurangnya , maka penciptaan elektron sangat mungkin terjadi.Dari eksperimen yang telah dilakukan berkaitan dengan peluruhan beta ini, yaitu:1. Spin intrinsik proton, netron dan elektron masing-masing bernilai . Jika terjadi peluruhan netron (spin ), gabungan spin proton dan elektron hasil peluruhan bisa sejajar (spin total = 1) atau berlawanan (spin total 0), dan tidak ada kemungkinan spin totalnya . Oleh karena itu, proses peluruhan ini tampaknya melanggar hukum kekekalan momentum sudut.2. Persoalan energi beta. Dari pengukuran elektron yang dipancarkan didapatkan bahwa spektrum energinya kontinu dari 0 hingga nilai maksimum Ke(max). Menurut perhitungan dalam peluruhan neutron, nilai . Persoalan distribusi energi yang kontinu ini (karena adanya beberapa energi yang hilang), dicoba dipecahkan oleh para fisikawan eksperimen sebelum tahun 1930, tapi semuanya tidak berhasil.

0,20,40,60,81,01,21,17MeV211BiJml elektron relatif tiap satuan energiPemancaran -0,511,24MeVBaJml positron relatif tiap satuan energiPemancaran +Ke (MeV)K Positron MeV

Grafik : distribusi energi partikel beta kontinuPemecahan terhadap fenomena yang tampak melanggar hukum kekekalan momentum sudut dan energi ini ditemukan oleh Wolfgang Pauli. Ia mengusulkan bahwa ada partikel ketiga yang dipancarkan pada peluruhan beta ini. Partikel ketiga ini bermuatan elektrik nol dan memiliki spin . Hilangnya energi ini tidak lain adalah energi yang diambil partikel ini.Partikel ini disebut neutrino (yang dalam bahasa Italia berarti netral kecil) dan diberi lambang . Neutrino ini memiliki massa diam nol. Neutrino ini juga memiliki anti partikel yang dinamakan antineutrino . Pada kenyataannya yang dipancarkan dalam peluruhan beta adalah antineutrino. Dengan demikian proses peluruhan beta secara lengkap adalah: Energi reaksi ini muncul sebagai energi kinetik elektron, energi antineutrino dan energi pental proton. Proses peluruhan beta lainnya adalah peluruhan proton, yang reaksinya

e+ adalah elektron positif atau positron yang merupakan antipartikel dari elektron. Positron memiliki massa sama dengan elektron, tetapi memiliki muatan elektrik yang berlawanan. Apabila positron bertemu dengan elektron, keduanya akan bergabung dan musnah. Proses ini dinamakan annihilasi. Energi keduanya berubah menjadi gelombang elektromagnetik.

B. REAKSIReaksi pemancaran beta terdapat 3 jenis yaitu :1. Pemancaran elektron ( _)

2. Pemancaran Positron (+)

3. 64Cu+0,66 MeV19%EC (0,5%)1,34064NiEC (~42%)Tangkapan elektron (electron capture)

C. ENERGIPeluruhan beta terjadi pada sebuah inti atom. Pada saat pemancaran , sebuah inti atom dengan Z proton dan N netron meluruh ke inti atom lain dengan Z + 1 proton dan N 1 netron. 1.Pemancaran Elektron

mpmd meKdK Hk. Kekekalan EnergimpC2= mdC2 + meC2 + Kd + Ke= mdC2 + meC2 + Q= Energi peluruhan (MeV)

Sehingga = {m (z) z me - m (z+1) + (z+1) me me} C2Syarat terjadi peluruhan spontasn Q >0Q = {m(z) m (z+1)} C2 > 0m(z) > m(Z+1) dengan A tetap2.Pemancaran Positron

= sss3.Tangkapan Elektron

mp memd+ kd = QECQEC = (mp + me md) C2P M(z) = mp + zmeD M(z-1) = md + (z-1)me, maka

Q > 0

D. SPEKTRUM ENERGI

0,20,40,60,81,01,21,17MeV211BiJml elektron relatif tiap satuan energiPemancaran -0,511,24MeVBaJml positron relatif tiap satuan energiPemancaran +Ke (MeV)K Positron MeV

Bila ditinjau keadaan inti sebelum dan sesudahnya Energi peluruhan tertentu Qtertentu pula Spektrum Diskrit

Menurut Pauli pada reaksi ini terjadi perubahan

Hukum Kekekalan * Tenaga* Momentum* Muatansehingga :

jika kontinu

kontinu

E. SKEMA PELURUHAN Skema peluruhan sinar beta adalah sebagai berikut :a.

20F5,41 MeV-1,63020NeContoh : 20F20Ne +

b.

14O+4,1 MeV0,6%+1,84 MeV>99%2,30014NContoh : 14O14N +

c.

64Cu+0,66 MeV19%EC (0,5%)1,34064NiEC (~42%)Contoh :

F. DETEKTORuntuk mendeteksi sinar beta dapat digunakan detector semi-konduktor. Prinsip kerjanya yaitu saat partikel beta mengionisasi bahan dapat membentuk pasangan hole dan electron yang dapat menimbulkan pulsa untuk dicacahselain itu dapat pula dipakai detector film badge. Prinsip kerjanya yaitu radiasi dapat menghitamkan pelat film AgBr sehingga semakin pekat palatnya semakin banyak radiasinya. Untuk membedakan partikel radiasi yang masuk digunakan filter.G. JANGKAUAN ENERGISinar beta, baik elektron atau positron, keduanya termasuk kelompok partikel ringan bermuatan. Besar massa diam dan muatan elektriknya juga sama, hanya tandanya saja yang berlawanan. Kecepatan gerak di udara antara 0,32 c sampai 0,7 c. Jejak partikel beta ini berbelok-belok karena elektron ini mengalami hamburan di dalam bahan.Energi rata-rata elektron ini (1/3) Kmax, sedangkan untuk positron 0,4 Kmax.H. SUMBERContoh sumber radiasi sinar beta yaitu :22Ra, 46Ca dan 56Mn

I. INTERAKSI DENGAN BAHANMekanisme interaksi partikel beta sama dengan mekanisme pada partikel alfa, yaitu diserap bahan yang dilewati untuk proses ionisasi dan eksistasi.Partikel beta akan kehilangan energi 3,4 eV setiap pembentukan satu pasang ion. Namun karena partikel beta lebih kecil (sekitar 1/7300 dari massa partikel alfa) dan muatan yang lebih rendah (1/2 dari partikel alfa), maka konsekuensinya partikel beta dalam sepanjang jejaknya tidak memproduksi pasangan ion per cm sebanyak yang dibentukpartikel alfa. Partikel beta dengan energi 3 MeV mempunyai jangkaun di udara lebih dari 1.000 cm namun hanya mampu menghasilkan beberapa pasangan ion per mm sepanjang jejaknya.Ionisasi spesifik (Is) partikel beta di udara bervariasi dari 60 sampai 7.000 pasangan ion per cm. Ionisasi spesifik bernilai besar untuk partikel beta berenergi rendah, selanjutnya berkurang secara cepat untuk energi yang makin besar, hingga mencapai minimum pada energi sekitar 1 MeV. Ionisasi spesifik ini berlahan-lahan naik untuk energi lebih besar dari 1 MeV.Satu hal yang menarik, karena partikel beta bermuatan listrik dan bergerak dengan kecepatan tinggi, apabila melintas dekat inti atom, maka gaya elektrostatik inti menyebabkan partikel beta membelok dengan tajam. Peristiwa ini menyebabkan partikel beta kehilangan energinya dengan memancarkan gelombang elektromagnetik yang dikenal sinar-X Bremsstrahlung.

PELURUHAN GAMMA

A. KONSEPSetelah peluruhan alfa dan beta, inti biasanya dalam keadaan tereksitasi. Seperti halnya atom, inti akan mencapai keadaan dasar (stabil) dengan memancarkan foton (gelombang elektromagnetik) yang dikenal dengan sinar gamma ().Dalam proses pemancaran ini, baik nomor atom atau nomor massa inti tidak berubah.Energi gelombang ini ditentukan oleh panjang gelombang () atau oleh frekuensinya (f) sesuai persamaan

dengan h adalah tetapan plank yang besarnya 6,63 10-34 Js.Energi tiap foton adalah beda energi antara keadaan awal dan keadaan akhir inti, dikurangi dengan sejumlah koreksi kecil untuk energi pental inti. Energi ini berada pada kisaran 100 KeV hingga beberapa MeV.Inti dapat pula dieksitasi dari keadaan dasar ke keadaan eksitasi dengan menyerap foton dengan energi yang tepat.

Gambar diatas memperlihatkan suatu diagram tingkat energi yang khas dari keadaan eksitasi inti dan beberapa transisi sinar gamma yang dipancarkan. Wakto paro khas bagi tingkat eksitasi inti adalah 10-9 hinga 10-12 s.Ada beberapa yang memiliki waktu paro lama (beberapa jam bahkan beberapa hari). Intiinti yang tereksitasi seperti ini dinamakan isomer dan keadaan tereksitasinya dikenal sebagai keadaan isomerik.Dalam menghitung energi partikel alfa dan beta yang dipancarkan dalam peluruhan radioaktif di depan dianggap tidak ada sinar gamma yang dipancarkan. Jika ada sinar gamma yang dipancarkan, maka energi yang ada (Q) harus dibagi bersama antara partikel dengan sinar gamma.B. REAKSISeperti dibahas sebelumnya pada reaksi pemancaran gama tidak diikuti dengan perubahan A dan Z pada atom.

Gambar visualisasi pelepasan sinar gamma

C. ENERGIBesar energy sinar gamma bergantung pada reaksinya. Jika ada sinar gamma yang dipancarkan, maka energi yang ada (Q) harus dibagi bersama antara partikel dengan sinar gamma.D. SPEKTRUM ENERGISpectrum peluruhan sinar gamma merupakan spectrum diskrit. Contohnya adalah sebagai berikut :

Hal ini terjadi karena pelepasan sinar gamma terjadi karena inti yang tidak berada dalam keadaan groundstate dan loncatan energy menuju groundstatenya secara diskrit

E. SKEMA PELURUHANPeluruhan sinar gamma sseringkali merupakan akibat peluruhan sinar alpha dan beta yang umumnya jarang meluruh tanpa disertai dengan peluruhan sinar gamma. Pada peluruhan sinar gamma tidak terjadi perubahan nilai A dan Z atom. Beberapa contoh skema peluruhan sinar gamma adalah sebagai berikut :F. DETEKTORUntuk mendeteksi sinar gamma dapat digunakan detector sintilasi. Dalam detektor Sintilasi, radiasi dirubah menjadi kilatan cahaya. Radiasi berinteraksi dengan material sintilasi,seluruh energi kinetik radiasi diserap oleh sintilator untuk menghasilkan pulsa-pulsacahaya yang jumlahnya sebandingan dengan energi radiasiselain itu dapat pula dipakai detector film badge. Prinsip kerjanya yaitu radiasi dapat menghitamkan pelat film AgBr sehingga semakin pekat palatnya semakin banyak radiasinya. Untuk membedakan partikel radiasi yang masuk digunakan filter

G. JANGKAUAN ENERGISinar gamma mempunyai jangkauan yang sangat luas bila dibandingkan dengan sinar alpha dan beta. Sinar gamma dapat menembus keeping tembaga hingga beberapa inchi dan pada udara bebas hingga belasan meter. Hal ini beberapa alasannya antara lain :a. tidak seperti sinar alpha maupun beta, sinar gamma bukanlah partikel melainkan gelombang radiasib. sinar gamma memiliki frekuensi (dan energy) yang sangat tinggiH. SUMBERHamper semua peluruhan sinar alpha dan beta menghasilkan juga sinar gamma, jadi sumber sinar gamma juga sama dengan sumber sinar alpha dan beta.I. INTERAKSI DENGAN BAHANAda tiga interaksi yang berperan penting terjadi pada interaksi antara sinar Gamma dengan materi:1.Efek Fotolistrik ( jika E < 250 KeV)2.Hamburan Compton(jika 500 KeV < E < 1,02 MeV)3.Produksi Pasangan( jika E > 1,02 MeV)

a.Efek FotolistrikInteraksi Sinar Gamma dengan elektron yang terikat. Ei 1,02 MeV.Bila positron (+e) bertemu dengan elektron yang lain akan terjadi proses anihilasi (penghancuran) dan menghasilkan 2 sinar gamma yang saling berlawanan (arah rambatnya).

J. MANFAATManfaat sinar gamma antara lain :Digunakan dlm teknik radiografi yaitu pemotretan bagian dlm suatu benda. Hasil pemotretan tsb direkam dlm sinar X.Digunakan dlm bidang kedokteran, yaitu dlm teknologi yang canggih yaitu CT-Scanner (Computed Tomography Scanner)Digunakan pula pada kasus bedah saraf, dalam bentuk pisau gammaDigunakan dlm proses sterilisasi. Sterilisasi sangat baik dipakai untuk produk jaringan biologi. Digunakan utk proses pemuliaan tanaman dgn teknik mutasi di BATANDigunakan untuk membuat serangga menjadi mandul.Digunakan untuk membunuh bakteri dan virus pada hasil tanaman dan makanan tertentu

1. SPEKTRUM 212Bi

2. SKEMA DETEKTOR SEMIKONDUKTOR

Secara skematis detector semikonduktor dirangkai seperti gambar diatas. Pada saat tidak ada radiasi yang melewati sensor semikonduktor tidak ada muatan yang mengalir di junction p-n. lalu jika ada partikel radiasi bermuatan (), akan berdampak timbulnya muatan hole yang menyebabkan terjadinya pulsa arus yang mengalir di junction p-n. pulsa tersebut kemudian dicacah. Semakin tinggi radiasi yang melewati semikonduktor semakin besar cacahnya.