Kestabilan Inti Atom

Jika anda menginginkan file.doc. Silahkan Download di sini

KAIDAH PARTIKEL ALFA

Partikel Alfa (α) adalah bentuk radiasi partikel yang dapat menyebabkan ionisasi dan daya tembusnya rendah. Partikel tersebut terdiri dari dua proton dan dua netron yang terikat menjadi sebuah partikel yang identik dengan inti Helium (₂He⁴).

Partikel Alfa dipancarkan oleh inti radioaktif seperti Uranium atau Radium dalam proses peluruhan alfa. Kadang-kadang proses ini membuat inti dapat tereksitasi dan memancarkan sinar gamma untuk membuang kelebihan energi.

Peluruhan alfa dominan terjadi pada inti-inti tidak stabil yang relatif berat (Z > 80). Contoh Radium yang menjadi gas Radon karena peluruhan alfa. Proses puluruhan alfa dapat dituliskan secara simbolik melalui reaksi inti sebagai berikut:

_zX^A -->_z-2X^A-4 + α

Contoh peluruhan partikel alfa yang terjadi di alam adalah:

1. ₉₂U²³⁸ --> ₉₀Th²³⁴ + α

2. ₈₈Ra²²² --> ₈₆Rn²¹⁸ + α

1. Energi partikel alfa paling rendah 7,5 MeV diperlukan untuk penetrasi lapisan pelindung nominal pada kulit

(7 mg/cm² atau 0,07 mm).

2. Jangkauan partikel alfa di udara 1 atm

R_a = 0,56 E (E <>

R_a = 1,24 E – 2,62 (E ≥ 4 MeV)

Pada kondisi STP, setiap 1 mm udara, energi partikel alfa berkurang sebesar 60 keV.

3. Ketebalan jendela detektor menyebabkan energi partikel alfa berkurang sekitar 0,8 MeV per mg/cm² ketebalan jendela. Oleh karena itu detektor yang mempunyai jendela dengan tebal 3 mg/cm² (seperti pada proposional gas untuk deteksi alfa/beta dan detektor GM) tidak akan dapat mendeteksi emisi alfa yang lebih rendah dari 3 MeV. Detektor ini mempunyai efisiensi yang sangat rendah untuk partikel alfa yang berenergi rendah atau partikel alfa teratenuasi.

4. Detektor alfa proposional udara mempunyai energi dan respon efisiensi yang lebih tinggi dari pada detektor proposional gas atau GM.

5. Transfer energi partikel alfa ke udara.

Partikel alfa 6 MeV memproduksi 40.000 pasangan ion per cm.

Partikel alfa 4 MeV memproduksi 55.000 pasangan ion per cm.

Karena ω udara 34 eV per pasangan ion. Maka:

a. Partikel alfa berenergi 6 MeV turun 1,18 MeV per cm udara

b. Partikel alfa berenergi 4 MeV turun 1,87 MeV per cm udara

6. Energi partikel alfa turun 0,8 MeV per mg/cm² ketebalan kerapatan pada material penganetuasi.

7. HVT (Half Value Thickness) = Ketebalan yang meyebabkan energi alfa tinggal setengahnya.

a. Pada permukaan kontaminasi alfa, pertama kita menentukan laju cacah netto (dikurangi latar) tanpa perisai dengan detektor.

b. Letakkan sehelai mylar antara sumber dan detektor lalu ambil pembacaan lainnya. Ketebalan mylar antara lain 0,29; 0,45; 0,85; dan 0,9 mg/cm².

c. Hitung densitas HVT dengan persamaan:

d. Tentukan energi partikel alfa dalam MeV dengan persamaan:

Sifat Radiasi Alfa

a. Daya ionisasi partikel alfa sangat besar, kurang lebih 100 kali daya ionisasi partikel beta dan 10.000 kali daya ionisasi sinar gamma.

b. Jarak tembusnya sangat pendek, hanya beberapa mm udara, tergantung energinya.

c. Partikel alfa akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau medan listrik.

d. Kecepatan partikel alfa bervariasi antara 1/100 sampai 1/10 kecepatan cahaya.

KAIDAH PARTIKEL BETA

Partikel Beta adalah elektron atau positron yang berenergi tinggi yang dipancarkan oleh beberapa jenis inti radioaktif seperti K⁴⁰. Partikel beta yang dipancarkan merupakan bentuk radiasi yang menyebabkan ionisasi sinar beta. Produksi partikel beta disebut juga peluruhan beta.

Peluruhan beta terjadi pada inti tidak stabil yang relatif ringan. Dalam peluruhan ini akan dipancarkan partikel beta yang mungkin bermuatan negatif (ß^- atau elektron) atau bermuatan positif (ß⁺ atau positron). Pada diagram N-Z peluruhan ß^- terjadi bila inti tidak stabil berada di atas kurva kestabilan, sedangkan peluruhan ß⁺ terjadi bila intinya berada di bawah kurva kestabilan.

Kurva pita kestabilan

Proses peluruhan partikel beta adalah sebagai berikut:

_zX^A --> _z+1X^A + β^- + υ⁺ _zX^A --> _z-1X^A + β⁺+ υ^-

Contoh: ₁₅P³²--> ₁₆S³² + β^- + υ⁺ ₈O¹⁵ --> ₇N¹⁵ + β⁺ + υ^-

Neutrino (υ⁺) dan antineutrino (υ^-) adalah partikel yang tidak bermassa, tetapi mempunyai energi yang disertai peluruhan β.

1. Energi partikel beta paling rendah 70 keV diperlukan untuk penetrasi lapisan pelindung nominal pada kulit

(7 mg/cm² atau 0,07 mm)

2. Rata–rata energi spektrum sinar beta ±1/3 dari energi maksimum.

3. Jangkauan partikel beta di udara sekitar 12 ft (3,6 m)/MeV.

4. Jangkauan partikel beta atau elektron dalam gram/cm² (tebal dalam cm dikalikan densitas dalam g/cm³) adalah kira–kira setengah dari energi maksimum dalam MeV. Kaidah ini menaksir terlalu tinggi jangkauan energi rendah (0,5 MeV) dan nomor atom rendah, dan taksiran rendah untuk energi tinggi dan nomor atom tinggi.

5. Laju paparan (rad/jam) dalam medium infinit yang terkontaminasi oleh pengemisi beta adalah 2,12 EC / ρ

dengan E(MeV) adalah rata-rata energi beta per peluruhan,

C (μCi/cm³) adalah konsentrasi, dan

ρ (g/cm³) adalah densitas.

Laju dosis pada permukaan massa adalah setengah dari nilai yang ditunjukkan oleh persaman di atas. Untuk partikel yang mempunyai massa besar, laju dosis gamma dan beta relatif berada pada rasio energi rata-rata yang dilepaskan per peluruhan.

6. Laju dosis permukaan yang melalui 7 mg/cm² dari deposisi tipis seragam 1 μCi/cm³ adalah 9 rad/jam (90 mGy/jam) untuk energi di atas 0,6 MeV. Catatan itu untuk lapisan tipis, laju dosis beta melebihi laju dosis gamma untuk energi-energi sama yang dibebaskan dengan faktor ~100.

7. Bremsstrahlung dari 1 Ci P³² larutan encer dalam botol kaca ~3 mrad/jam (30 μGy/jam) pada jarak 1 m.

8. Jangkauan partikel beta dari 0,01 – 2,5 MeV dapat dihitung dengan persamaan:

R (mg/cm²) = 412xE^{(1,265 – 0,0954ln E)}

dengan E adalah energi beta maksimum.

9. Untuk sumber Sr⁹⁰ atau Y⁹⁰ yang diameternya lebih besar dari 10 cm, pembacaan 0,1 mR/jam oleh pencacah Geiger portabel dengan jendela terbuka sesuai untuk tingkat kontaminasi 3,5E-5 μCi/cm² (0,069 μCi total). Untuk sumber kecil dengan diameter 0,75 cm, pembacaan sama sesuai untuk 3,5E-3 μCi/cm² (1,5E-3 μCi total).

10. HVT untuk energi beta:

a. Pada permukaan kontaminasi beta, pertama, ditentukan laju cacah netto (dikurangi latar) tanpa perisai dengan alat ukur yang digunakan.

b. Diletakkan selembar kertas 20 pound antara sumber dan detektor lalu diambil pembacaan lainnya.

• Selembar kertas akan menghentikan semua partikel alfa dan beberapa partikel beta yang berenergi rendah. Jika laju cacah baru adalah 0, maka kontaminasi berasal hanya dari alfa dan atau beta yang berenergi sangat rendah seperti C¹⁴.
• Selembar kertas akan mengurangi laju cacah partikel beta berenergi 400 keV menjadi setengahnya.

c. Penambahan selembar kertas berikutnya di antara sumber kontaminasi dengan detektor menjadikan laju cacah nettonya di bawah setengah dari laju cacah netto tanpa perisai.

d. Jumlah lembar yang digunakan untuk perisai adalah 7,5. Ini menunjukkan nilai HVT dalam mg/cm².

e. Jika tidak dapat menurunkan laju cacah menjadi setengahnya, maka dapat menggunakan persamaan berikut untuk mencari nilai HVT:

Untuk menentukan energi partikel beta dalam keV dengan persamaan:

Sifat Radiasi Beta

a. Daya ionisasinya di udara 1/100 kali dari partikel alfa.

b. Jarak tembusnya lebih jauh dari partikel alfa, di udara dapat beberapa cm.

c. Kecepatan partikel beta antara 1/100 sampai 99/100 kecepatan cahaya.

d. Karena sangat ringan maka partikel beta mudah sekali dihamburkan jika melewati medium.

e. Partikel beta akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau medan listrik.

KAIDAH SINAR GAMMA

Peluruhan gamma tidak menyebabkan perubahan nomor atom maupun nomor massa, karena radiasi yang dipancarkan dalam peluruhan ini berupa gelombang elektromagnetik (foton). Peluruhan ini dapat terjadi jika energi inti atom tidak dalam keadaan dasar (ground state). Peluruhan ini dapat terjadi pada inti berat maupun ringan, di atas maupun di bawah kurva kestabilan.Biasanya peluruhan gamma ini mengikuti peluruhan alfa atau beta. Peluruhan gamma dapat dituliskan sebagai berikut:

_zX^A* --> _zX^A + γ

Contoh peluruhan gamma yang mengikuti peluruhan beta

₂₇Co⁶⁰ --> ₂₈Ni^60* + β^-

₂₈Ni^{60* -->} ₂₈Ni⁶⁰ + γ

Sinar Gamma buatan

X^m + n --> X^m+1* + γ

1. 6CEN. Untuk sumber titik dengan energi antara 0,07 – 2 MeV. Laju dosis (rem/jam) pada jarak ±30 cm diberikan dalam 20% oleh 6CEN.

2,22 TBqEN adalah formula yang sama dalam Sv/jam.

2. Laju dosis 1 m di atas lempengan, bidang infinit yang terkontaminasi dengan lapisan tipis (1 Ci/m²) oleh pengemisi gamma adalah:

Energi (MeV)	Laju Dosis
	rem/jam	mSv/jam
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2	7,2 10 13 16 19	72 100 130 160 190

3. Laju dosis (rem/jam) dalam medium infinit secara seragam terkontaminasi oleh pengemisi gamma adalah 2,12EC/ρ, dengan C (μCi/cm²), E (MeV) adalah energi gamma rata-rata per peluruhan dan ρ adalah densitas dari medium. Pada permukaan yang besar laju dosisnya kira-kira setengah dari laju di atas. Pada tingkat dasar (1/2 dari awan infinit), laju dosis yang terkontaminasi di atmosfer secara seragam sebesar 1600 EC rem/jam per μCi/cm³_.

4. Radiasi yang terhambur di udara dari sumber Co⁶⁰ sebesar 100 Ci dengan jarak 30 cm di belakang perisai dengan tinggi 1 m adalah 100 mR/jam (1 mSv/jam) pada 15 cm di luar perisai.

Sifat Radiasi Gamma

a. Sinar gamma dipancarkan oleh nuklida tereksitasi (isomer) dengan panjang gelombang antara 0,005 – 0,5 amstrong.

b. Daya ionisasinya di dalam medium sangat kecil sehingga daya tembusnya sangat besar bila dibandingkan dengan daya tembus partikel alfa atau beta.

c. Karena tidak bermuatan maka sinar gamma tidak dibelokkan oleh medan listrik maupun medan magnet.

KAIDAH NETRON

Jumlah netron per cm² per detik pada jarak R dari sumber kecil mengemisikan Q netron per detik tanpa perisai dapat dirumuskan:

Untuk sumber netron α,n

Q (netron per sejuta partikel alfa) = 0,152E^3,65

Dengan E adalah energi partikel alfa dalam MeV.

Nilai di atas untuk target Be. Sedangkan untuk target B dikalikan 0,16 dan target F dikalikan 0,05.

Energi Netron

Netron dingin 0 - 0,025 eV

Netron thermal 0,025 eV

Netron epithermal 0,025 - 0,4 eV

Netron cadmium 0,4 - 0,6 eV

Netron epicadmium 0,6 - 1 eV

Netron lambat 1 - 10 eV

Netron resonansi 10 - 300 eV

Netron intermediate 300 eV - 1 MeV

Netron cepat 1 - 20 MeV

Netron relativistik > 20 MeV

Catatan: Netron thermal mempunyai energi dan perubahan yang sama pada kecepatan yang sama sebagai molekul gas pada suhu 20 °C. Kecepatan netron thermal adalah 2200 m/dt (± 5000 m/jam).