Lompat ke konten

Cari di ARSTEMA

Ketik nama bab, istilah, gejala, atau alat.

    Kembali ke atlas
    Fisika · Bab 33Kuantitatif

    Fisika nuklir dan radiasi pengion: inti dan isotop, energi ikat, peluruhan alfa, beta, dan gamma, waktu paruh dan aktivitas, fisi dan fusi, dosis dan efek biologis, detektor asap ionisasi, dan batas keselamatan

    Saat sebuah rumah sakit mengganti sistem alarm kebakaran, puluhan detektor asap ionisasi lama hendak dibuang bersama sampah konstruksi, dan unit radiologi meminta lubang pipa AC baru di dinding ruang sinar-X. Bab ini menjelaskan inti dan isotop, cacat massa dan energi ikat, peluruhan alfa, beta, dan gamma, hukum peluruhan, waktu paruh, aktivitas, dan penanggalan radiokarbon, serta fisi dan fusi menurut OpenStax. Bab juga membahas daya tembus dan perisai, satuan dosis gray, sievert, rad, dan rem, efek biologis, dosis latar dan medis, detektor asap ionisasi, ruang radiologi, kedokteran nuklir, sterilisasi, dan barang konsumen. Aturan Indonesia ditulis dari cuplikan sumber resmi beserta celahnya, dan batas wewenangnya tegas: sumber radioaktif dan peralatan radiologi adalah wilayah petugas proteksi radiasi dan pemegang izin.

    22 menit
    Materi berisiko tinggi

    Materi ini menyentuh bahaya nyata. Penjelasan konsep tidak menggantikan prosedur lokasi, kompetensi, isolasi energi, SDS terbaru, atau izin kerja.

    Bagian yang sedang dibaca: Pembuka bab

    Sebuah rumah sakit mengganti sistem alarm kebakaran lamanya. Kontraktor melepas 48 detektor asap lama (angka latihan), dan sebagian berlabel lambang radiasi dengan tulisan Am-241. Pekerja menumpuknya di kardus bersama sisa kabel, dan seorang teknisi muda membongkar satu detektor untuk melihat "bagian radioaktifnya". Pada minggu yang sama, unit radiologi meminta lubang pipa AC baru di dinding ruang sinar-X, dan petugas laundry bertanya apakah linen pasien kedokteran nuklir boleh dicuci bersama linen lain. Semua pertanyaan itu menyangkut radiasi pengion: asal, daya tembus, lama bertahan, dan dosisnya. Bab ini memberi dasar fisikanya dan garis wewenang yang tegas: teknisi tidak menangani sumber radioaktif atau peralatan radiologi.

    Batas pembahasan

    Sumber utama bab ini OpenStax University Physics Volume 3 bab 10, dilengkapi OpenStax Chemistry 2e bab 21 dan lampiran M; sumber setiap klaim dan angka latihan dicatat di peta sumber. Isotop pada tingkat kimia ada di Bab 2 · Kimia tentang struktur atom, matematika peluruhan di Bab 9 · Satuan & Matematika tentang eksponen, spektrum di Bab 21 tentang radiasi elektromagnetik, foton dan efek Compton di Bab 29, efek terowongan di Bab 31, dan sinar-X dari atom di Bab 32 tentang spektrum. Ultraviolet untuk disinfeksi ada di Bab 4 · Biologi & Mikrobiologi tentang disinfektan dan Bab 10 · Biologi & Mikrobiologi tentang UV ruang, prinsip detektor asap di Bab 20 · Bangunan & Fasilitas tentang detektor kebakaran, radiografi dan petugas proteksi radiasi di Bab 18 · Material tentang uji tak merusak, dan sterilisasi radiasi di Bab 22 · Biologi & Mikrobiologi. Bab ini tidak memberi izin bekerja dengan sumber radiasi.

    Inti atom: nukleon, isotop, notasi, dan ukuran

    Menurut OpenStax, inti tersusun atas proton bermuatan +e+e dan neutron tak bermuatan yang massanya hampir sama, dengan ukuran sekitar seperseratus ribu atom hidrogen. Nukleon (nucleon) adalah sebutan bersama untuk proton dan neutron di dalam inti atom. Nomor massa memenuhi A=Z+NA = Z + N, dengan ZZ jumlah proton dan NN jumlah neutron, dan inti ditulis ZAX{}^{A}_{Z}\text{X}, misalnya 95241Am{}^{241}_{95}\text{Am}. Isotop satu unsur bersifat kimia sama karena sifat kimia ditentukan elektron luar.

    Gaya nuklir kuat (strong nuclear force) adalah gaya tarik berjangkauan pendek yang mengikat nukleon yang bertetangga di dalam inti. Tolakan listrik antarproton berjangkauan panjang, sehingga inti dengan Z lebih dari 15 memerlukan lebih banyak neutron daripada proton, dan semua inti dengan Z lebih dari 82 meluruh. Jari-jari inti mengikuti

    r=r0A1/3r = r_0 A^{1/3}

    dengan rr dalam femtometer (1 fm=10−151\ \text{fm} = 10^{-15} m) dan r0≈1,2r_0 \approx 1{,}2 fm; inti Fe-56 berjari-jari sekitar 4,6 fm dan berkerapatan 2,3×10172{,}3 \times 10^{17} kg/m³. Massa inti dinyatakan dalam satuan massa atom, 1 u=1,66054×10−271\ \text{u} = 1{,}66054 \times 10^{-27} kg, dan inti helium-4 disebut juga partikel alfa.

    Cacat massa dan energi ikat

    Cacat massa (mass defect) adalah selisih antara jumlah massa proton dan neutron penyusun inti dan massa inti utuhnya. Energi ikat (binding energy) adalah energi yang diperlukan untuk memecah inti menjadi proton dan neutron penyusunnya, sama dengan energi yang dilepas ketika inti terbentuk.

    Δm=Zmp+(A−Z) mn−mintiEb=(Δm) c2\Delta m = Z m_p + (A - Z)\,m_n - m_\text{inti} \qquad E_b = (\Delta m)\,c^2

    dengan mpm_p, mnm_n, dan mintim_\text{inti} massa proton, neutron, dan inti, serta cc kecepatan cahaya; 1 u setara 931,5 MeV/c2c^2. Deuteron memerlukan 2,24 MeV untuk dipecah, sedangkan elektron atom hidrogen hanya sekitar 10 eV. Energi ikat per nukleon Eb/AE_b/A umumnya 6 sampai 10 MeV: naik pada A kecil, memuncak dekat Fe-56 (8,790 MeV), lalu turun perlahan, misalnya 7,570 MeV pada U-238, karena tolakan listrik makin dominan. Karena itu pembelahan inti berat dan penggabungan inti ringan sama-sama melepas energi.

    Peluruhan radioaktif: alfa, beta, dan gamma

    Radioaktivitas (radioactivity) adalah pancaran radiasi secara spontan dari inti atom. Alfa adalah inti helium, beta adalah elektron atau positron (elektron bermuatan positif), dan gamma adalah foton berenergi tinggi.

    PeluruhanPersamaan umumPerubahan inti
    AlfaZAX→Z−2A−4Y+24He{}^{A}_{Z}\text{X} \to {}^{A-4}_{Z-2}\text{Y} + {}^{4}_{2}\text{He}Z turun 2, A turun 4
    Beta minusZAX→Z+1AY+−10e+νˉ{}^{A}_{Z}\text{X} \to {}^{A}_{Z+1}\text{Y} + {}^{0}_{-1}\text{e} + \bar{\nu}Z naik 1, A tetap
    Beta plusZAX→Z−1AY++10e+ν{}^{A}_{Z}\text{X} \to {}^{A}_{Z-1}\text{Y} + {}^{0}_{+1}\text{e} + \nuZ turun 1, A tetap
    GammaZAX∗→ZAX+γ{}^{A}_{Z}\text{X}^{*} \to {}^{A}_{Z}\text{X} + \gammaZ dan A tetap

    Tanda ∗^{*} menandai inti tereksitasi, νˉ\bar{\nu} antineutrino, dan ν\nu neutrino; contoh OpenStax antara lain U-238 menjadi Th-234 (alfa), Th-234 menjadi Pa-234 (beta minus), dan Al-26 menjadi Mg-26 (beta plus). Peluruhan alfa (alpha decay) adalah peluruhan ketika inti memancarkan dua proton dan dua neutron sebagai satu inti helium. Peluruhan beta (beta decay) adalah peluruhan ketika satu nukleon di dalam inti berubah jenis sambil memancarkan elektron atau positron yang tercipta saat peluruhan. Peluruhan gamma (gamma decay) adalah turunnya inti dari keadaan tereksitasi ke tingkat energi lebih rendah dengan memancarkan foton tanpa mengubah jenis inti.

    Energi peluruhan berorde MeV, jauh di atas energi reaksi kimia (Contoh 3). Teori peluruhan beta diajukan Enrico Fermi pada 1934 dan dibuktikan Chien-Shiung Wu, sedangkan peluruhan alfa adalah efek terowongan kuantum yang dibahas di Bab 31 tentang efek terowongan. Gamma berasal dari inti, sedangkan sinar-X dari transisi atom, seperti dibahas di Bab 32 tentang sinar-X.

    Hukum peluruhan, waktu paruh, dan aktivitas

    Laju peluruhan sebanding dengan jumlah inti yang belum meluruh, sehingga jumlahnya turun eksponensial:

    N=N0e−λtλ=0,693T1/2A=λN=A0e−λtN = N_0 e^{-\lambda t} \qquad \lambda = \frac{0{,}693}{T_{1/2}} \qquad A = \lambda N = A_0 e^{-\lambda t}

    dengan N0N_0 dan NN jumlah inti awal dan setelah waktu tt, λ\lambda tetapan peluruhan (s⁻¹), T1/2T_{1/2} waktu paruh, serta A0A_0 dan AA aktivitas awal dan setelah waktu tt. Waktu paruh (half-life) adalah waktu sampai separuh inti semula telah meluruh. Setelah nn waktu paruh tersisa N0/2nN_0/2^n. Aktivitas (activity) adalah besar laju peluruhan suatu bahan radioaktif. Satuan SI-nya becquerel, yaitu satu peluruhan per detik; curie berasal dari aktivitas 1 g radium-226, dan 1 Ci=3,70×10101\ \text{Ci} = 3{,}70 \times 10^{10} Bq.

    NuklidaWaktu paruhPeluruhanDijumpai di
    Tc-99m6,0 jamgammakedokteran nuklir
    Co-605,27 tahunbeta minus dan gammaradioterapi, radiografi
    H-312,32 tahunbeta minustanda keluar berpendar
    Am-241432,2 tahunalfadetektor asap ionisasi
    C-145.730 tahunbeta minuspenanggalan radiokarbon

    Angka Tc-99m dan H-3 dari OpenStax University Physics, sisanya dari lampiran M OpenStax Chemistry 2e; selisihnya dengan teks subbab 21.5 dicatat di peta sumber.

    Penanggalan radiokarbon memanfaatkan C-14 berkelimpahan 1,3 per triliun karbon yang berhenti diganti ketika organisme mati; metodenya dipakai sampai sekitar 50.000 tahun, dan C-14 memberi sekitar 250 Bq per kilogram karbon hidup (Contoh 7).

    Fisi, reaksi berantai, dan fusi

    Fisi (fission) adalah pembelahan satu inti berat menjadi dua inti yang lebih ringan. Fisi uranium ditemukan lewat kerja Hahn, Strassmann, Meitner, dan Frisch. Satu fisi U-235 melepas rata-rata sekitar 200 MeV serta dua atau tiga neutron. Reaksi berantai (chain reaction) adalah rangkaian fisi ketika neutron dari satu fisi memicu fisi inti lain. Reaksi ini dapat terkendali di reaktor, dengan air sebagai pelambat neutron dan batang kadmium sebagai penyerapnya, atau tidak terkendali seperti pada bom.

    Fusi nuklir (nuclear fusion) adalah penggabungan inti-inti ringan menjadi inti yang lebih berat. Rantai proton-proton di Matahari, yang diajukan Hans Bethe pada 1938, melepas sekitar 26 MeV untuk setiap inti helium, dan reaksi deuterium-tritium melepas 17,6 MeV tetapi memerlukan suhu sekitar 10710^7 K. Bagi teknisi keduanya latar saja; sumber di gedung adalah sumber terbungkus kecil, radiofarmaka, dan pesawat sinar-X (penalaran editorial).

    Daya tembus dan pelindung: waktu, jarak, dan perisai

    Radiasi pengion (ionizing radiation) adalah pancaran yang cukup berenergi untuk melepaskan elektron dari molekul, seperti partikel alfa dan beta, sinar gamma, sinar-X, dan ultraviolet berenergi tinggi. Radiasi nonpengion, seperti cahaya dan gelombang mikro, terutama memanaskan bahan.

    RadiasiDaya tembusPenghalang
    Alfahampir tidak menembus kertas tipiskertas, lapisan kulit terluar
    Betamenembus tangan; aluminium sekitar 3 mmlapisan logam tipis
    Gamma, sinar-Xtimbal 2 cm atau lebih; sebagian menembus beberapa kaki betontimbal, beton tebal

    Sumber tabel: OpenStax University Physics 10.4 dan Chemistry 2e 21.6. Daya pengionnya berurutan terbalik: alfa kira-kira 10 kali lebih mengionkan daripada beta dan 20 kali daripada gamma. Karena itu sumber alfa umumnya tidak berbahaya di luar tubuh, tetapi sangat berbahaya bila tertelan atau terhirup. Paparan dikurangi dengan membatasi waktu, menjauh, dan memasang perisai bahan padat bernomor atom tinggi seperti timbal. Laju dosis sumber titik turun dengan kuadrat jarak (pengetahuan umum), seperti juga dicatat Bab 18 · Material tentang radiografi.

    Dosis radiasi dan efek biologis

    Gray (gray, Gy) adalah satuan SI dosis serap, yaitu satu joule energi radiasi yang diserap setiap kilogram jaringan. Efektivitas biologis relatif (relative biological effectiveness, RBE) adalah bilangan yang menyatakan besar kerusakan jaringan oleh suatu jenis radiasi dibanding sinar-X atau gamma pada energi serap yang sama. Sievert (sievert, Sv) adalah satuan SI dosis yang memperhitungkan energi serap sekaligus efek biologis jenis radiasinya.

    D=EmH=D×RBE1 Sv=100 rem1 rad=0,01 GyD = \frac{E}{m} \qquad H = D \times \text{RBE} \qquad 1\ \text{Sv} = 100\ \text{rem} \qquad 1\ \text{rad} = 0{,}01\ \text{Gy}

    dengan DD dosis serap (Gy), EE energi terserap (J), mm massa jaringan (kg), dan HH dosis (Sv). Menurut OpenStax, RBE sinar-X, gamma, dan beta di atas 32 keV adalah 1, neutron cepat 10, dan alfa 10 sampai 20; peraturan memakai istilah faktor bobot radiasi untuk peran serupa (pengetahuan umum).

    Radiasi merusak DNA secara langsung atau lewat radikal hidroksil dari air; sel yang gagal memperbaikinya dapat dorman, mati terprogram, atau membelah tak terkendali menjadi tumor, dan sel yang cepat membelah paling peka.

    Dosis seluruh tubuh, sekali paparanEfek seketika pada orang dewasa
    sampai 0,10 Svtidak teramati
    0,1 sampai 1 Svsel darah putih turun ringan sampai sedang
    1 sampai 2 Svsel darah turun jelas, mual singkat, jarang fatal
    4,5 Svfatal bagi separuh orang dalam 32 hari tanpa perawatan

    Tabel OpenStax lain memberi paparan latar rata-rata dunia 2,8 mSv per tahun, terbesar dari radon (1,2 mSv), dan dosis efektif rontgen dada 0,02 mSv, mamografi 0,40 mSv, CT kepala 2,0 mSv, serta CT perut 10 mSv. Angka itu bukan pengukuran di Indonesia. Paparan tidak terasa (pengetahuan umum) dan hanya diketahui dari pencacah Geiger, pencacah sintilasi, atau dosimeter perorangan.

    Radiasi pengion di pekerjaan teknisi

    Detektor asap ionisasi. Bab 20 · Bangunan & Fasilitas tentang detektor kebakaran menjelaskan prinsipnya dan mencatat bahwa sumbernya foil americium-241 beraktivitas rendah. Menurut OpenStax Chemistry 2e, Am-241 adalah pemancar alfa yang dipakai dalam jumlah sangat kecil; alfanya mengionkan udara di antara dua elektrode sehingga arus kecil mengalir, dan asap menghambat ion sehingga arus turun dan alarm berbunyi. Selama ruang ionisasinya utuh, alfa berhenti di dalam detektor; bahaya muncul bila foil terbuka, tergores, terbakar, atau hancur sehingga serpihannya terhirup atau tertelan (penalaran editorial dari daya tembus alfa). Detektor tua hampir sama aktifnya dengan yang baru (Contoh 5). Karena itu detektor dilepas utuh tanpa dibuka, dibor, atau dibakar, dimasukkan ke wadah berlabel, dicatat jumlah dan lokasinya, lalu diserahkan lewat jalur pemasok atau pemegang izin sesuai aturan BAPETEN (penalaran editorial, sejalan dengan Bab 20 · Bangunan & Fasilitas tentang detektor kebakaran).

    Ruang sinar-X dan CT. Tabung sinar-X menembakkan elektron yang dipercepat ke sasaran logam, seperti dibahas di Bab 32 tentang sinar-X; tanpa tegangan tabung tidak ada sinar-X, dan dinding ruangnya tidak menjadi radioaktif (penalaran editorial). Bahaya bagi teknisi adalah pesawat yang dapat dinyalakan dan perisai yang dirusak, misalnya dinding atau pintu berlapis timbal yang dibor untuk pipa AC (penalaran editorial). Pekerjaan di ruang ini memakai izin kerja menurut Bab 2 · Keselamatan tentang izin kerja dan persetujuan petugas proteksi radiasi seperti didefinisikan Bab 18 · Material tentang radiografi.

    Kedokteran nuklir. Sumbernya radiofarmaka di tubuh pasien: sekitar 80 persen radiofarmaka memakai Tc-99m, pemancar gamma 0,142 MeV, dan PET memakai pemancar positron yang menghasilkan dua foton 0,511 MeV. Linen, sampah, dan tumpahan dari unit ini mengikuti prosedur tertulis unit itu (penalaran editorial).

    Sterilisasi dan barang konsumen. Sinar gamma, sinar-X, dan berkas elektron mensterilkan barang terkemas, seperti dibahas di Bab 22 · Biologi & Mikrobiologi tentang sterilisasi, dan barang yang disinari tidak menjadi radioaktif (pengetahuan umum). OpenStax menyebut tanda keluar berpendar bertritium, jarum instrumen pesawat lama bercat radium, glasir keramik merah-oranye berisi uranium, dan pupuk dengan aktivitas di atas 3.000 Bq/kg. Tanda keluar bertritium meredup separuh setiap 12,32 tahun dan tidak boleh dipecahkan (penalaran editorial).

    Aturan Indonesia dan batas wewenang teknisi

    Pemanfaatan sumber radiasi pengion di Indonesia diawasi BAPETEN, seperti dicatat Bab 18 · Material tentang radiografi. Menurut cuplikan pencarian atas situs BPK, Peraturan Pemerintah Nomor 45 Tahun 2023 tentang Keselamatan Radiasi Pengion dan Keamanan Zat Radioaktif ditetapkan 25 September 2023 dan menggantikan PP Nomor 33 Tahun 2007. Nilai batas dosis (dose limit) adalah dosis terbesar yang diizinkan, yang dapat diterima pekerja radiasi dan anggota masyarakat dalam jangka waktu tertentu tanpa menimbulkan efek genetik dan somatik yang berarti. Parafrasa ini dari cuplikan teks PP di pasal.id, sumber sekunder.

    Cuplikan makalah di repositori BRIN dan jurnal BATAN menyebut nilai batas dosis pekerja radiasi 20 mSv per tahun dirata-rata lima tahun, paling tinggi 50 mSv dalam satu tahun, dan 1 mSv per tahun untuk anggota masyarakat. Makalah itu merujuk nomor peraturan BAPETEN yang berbeda-beda, sehingga angka yang berlaku sesudah PP 45/2023 belum dapat dipastikan dari sumber resmi per 21 Oktober 2026. Bagi teknisi yang bukan pekerja radiasi, pegangannya batas anggota masyarakat dan larangan memasuki area radiasi tanpa izin (penalaran editorial).

    Cuplikan Berita Negara 2013 nomor 1550 memasukkan detektor asap ke daftar barang konsumen dan mewajibkan izin Kepala BAPETEN untuk impor, ekspor, dan pengalihannya; Berita Negara 2016 nomor 788 mewajibkan izin produksi barang konsumen, termasuk detektor asap. Cuplikan teks peraturan BAPETEN 2013 tentang persyaratan keselamatan radiasi di situs pasal.id menyebut batas laju dosis 1 µSv per jam pada 10 cm dari permukaan barang konsumen, sertifikat sumber terbungkus untuk detektor ionisasi, dan penyimpanan di BATAN bila barang tidak dapat dikembalikan ke negara asal. Peraturan BAPETEN Nomor 3 Tahun 2024 mengatur pembatasan impor dan ekspor barang konsumen. Status berlaku peraturan ini dan jalur resmi pengembalian detektor bekas belum diperiksa di JDIH BAPETEN per 21 Oktober 2026.

    Selain melepas detektor utuh seperti di atas, teknisi tidak membuka, memindahkan, menyimpan, membuang, atau mengukur sumber radioaktif untuk keputusan keselamatan, dan tidak merawat atau menguji pesawat sinar-X, CT, kedokteran nuklir, atau radioterapi; pekerjaan itu milik petugas proteksi radiasi, pemegang izin, dan pabrik. Teknisi merawat utilitas di sekitarnya hanya dengan izin kerja dan arahan petugas proteksi radiasi.

    Contoh kerja

    Contoh 1: inti americium-241. Dengan Z=95Z = 95 dan A=241A = 241, jumlah neutronnya N=146N = 146. Jari-jarinya r=1,2×2411/3=1,2×6,22=7,5r = 1{,}2 \times 241^{1/3} = 1{,}2 \times 6{,}22 = 7{,}5 fm, sekitar 1,6 kali inti Fe-56. Peluruhan alfanya 95241Am→93237Np+24He{}^{241}_{95}\text{Am} \to {}^{237}_{93}\text{Np} + {}^{4}_{2}\text{He}, sehingga Z turun 2 menjadi neptunium dan A turun 4.

    Contoh 2: energi ikat helium-4. Dengan massa atom hidrogen 1,007825 u, neutron 1,008665 u, dan helium-4 4,002603 u, Δm=2(1,007825)+2(1,008665)−4,002603=0,030377\Delta m = 2(1{,}007825) + 2(1{,}008665) - 4{,}002603 = 0{,}030377 u, sehingga Eb=0,030377×931,5=28,3E_b = 0{,}030377 \times 931{,}5 = 28{,}3 MeV atau 7,07 MeV per nukleon. Massa atom dipakai di kedua sisi supaya massa elektron saling hapus; contoh OpenStax 10.2 memakai massa proton dan mendapat 6,82 MeV, selisih yang setara massa dua elektron (penalaran editorial).

    Contoh 3: energi peluruhan alfa Pu-239. Menurut OpenStax, massa Pu-239 adalah 239,052157 u dan massa U-235 ditambah He-4 adalah 239,046526 u. Selisihnya 0,005631 u, sehingga Q=0,005631×931,5=5,25Q = 0{,}005631 \times 931{,}5 = 5{,}25 MeV, sekitar 1,5×1061{,}5 \times 10^{6} kali energi ikatan C-C 3,6 eV di Bab 21 tentang energi foton.

    Contoh 4: sumber detektor. Misalkan sumber Am-241 sebuah detektor beraktivitas 37 kBq (angka latihan; nilai sebenarnya dari label dan dokumen pabrik), yaitu 3,7×104/3,70×1010=1,0×10−63{,}7 \times 10^{4}/3{,}70 \times 10^{10} = 1{,}0 \times 10^{-6} Ci. Dengan λ=0,693/(432,2×3,16×107 s)=5,07×10−11\lambda = 0{,}693/(432{,}2 \times 3{,}16 \times 10^{7}\ \text{s}) = 5{,}07 \times 10^{-11} s⁻¹, jumlah intinya N=A/λ=7,29×1014N = A/\lambda = 7{,}29 \times 10^{14}, dan massanya 7,29×1014×241/(6,022×1023)=2,9×10−77{,}29 \times 10^{14} \times 241/(6{,}022 \times 10^{23}) = 2{,}9 \times 10^{-7} g.

    Contoh 5: detektor tua. Setelah 25 tahun terpasang (angka latihan), sisa aktivitasnya (1/2)25/432,2=0,961(1/2)^{25/432{,}2} = 0{,}961, yaitu 35,5 kBq. Turun ke seperseribu memerlukan log⁡21.000=9,97\log_2 1.000 = 9{,}97 waktu paruh, sekitar 4.300 tahun, sehingga detektor bekas tetap barang bersumber radioaktif.

    Contoh 6: Tc-99m. Tabel OpenStax memberi 10 mCi Tc-99m untuk pemindaian tulang, yaitu 10×3,7×107=3,7×10810 \times 3{,}7 \times 10^{7} = 3{,}7 \times 10^{8} Bq atau 370 MBq. Setelah 24 jam atau empat waktu paruh tersisa 370/24=23370/2^{4} = 23 MBq (6,25 persen), dan setelah 48 jam 370/28=1,4370/2^{8} = 1{,}4 MBq.

    Contoh 7: karbon-14. Pada contoh OpenStax, kayu kuno masih menyimpan 80 persen C-14 semula: λt=−ln⁡0,80=0,223\lambda t = -\ln 0{,}80 = 0{,}223, sehingga t=0,223×5.730/0,693=1.844t = 0{,}223 \times 5.730/0{,}693 = 1.844 tahun, atau 1.750 sampai 1.950 tahun dengan ketidakpastian 5 persen. Tubuh 70 kg (angka latihan) dengan 20 persen karbon menurut OpenStax mengandung C-14 sekitar 70×0,20×250=3.50070 \times 0{,}20 \times 250 = 3.500 Bq, kira-kira sepersepuluh sumber Contoh 4.

    Contoh 8: dosis serap dan dosis setara. Pada contoh OpenStax, orang 50 kg menyerap 1,00 J di seluruh tubuh, sehingga D=1,00/50,0=0,0200D = 1{,}00/50{,}0 = 0{,}0200 Gy atau 2,00 rad. Untuk gamma (RBE 1), H=0,020H = 0{,}020 Sv atau 2 rem; untuk alfa (RBE 20), H=0,40H = 0{,}40 Sv atau 40 rem. Dosis 20 mSv setara 20/2,8=7,120/2{,}8 = 7{,}1 tahun paparan latar rata-rata dunia atau seribu kali rontgen dada.

    Contoh 9: perisai dan jarak. Soal OpenStax menyebut 0,170 mm timbal menyerap separuh gamma Tc-99m; untuk menyisakan seperseribu diperlukan 0,170×9,97=1,690{,}170 \times 9{,}97 = 1{,}69 mm timbal. Menjauh dari 0,5 m ke 2 m dari sumber titik (angka latihan) memberi faktor (0,5/2)2=1/16(0{,}5/2)^{2} = 1/16 (pengetahuan umum), sehingga gabungannya menurunkan laju dosis sekitar 16.000 kali.

    Kondisi berhenti

    Hentikan pekerjaan dan serahkan kepada petugas proteksi radiasi, pemegang izin, atau K3 fasilitas bila:

    1. Ada permintaan membuka, mengebor, memotong, membakar, atau menghancurkan detektor asap ionisasi atau benda lain berlambang radiasi.
    2. Detektor ionisasi atau barang bersumber radioaktif pecah, terbakar, atau hilang dari hitungan saat pembongkaran.
    3. Ada rencana membuang detektor ionisasi bekas bersama sampah biasa, besi tua, atau limbah elektronik, atau menyimpannya tanpa label dan catatan.
    4. Pekerjaan di ruang sinar-X, CT, kedokteran nuklir, radioterapi, atau gudang sumber belum berizin kerja tertulis dan disetujui petugas proteksi radiasi, atau lampu peringatan radiasi menyala.
    5. Pekerjaan akan mengebor, memotong, atau membongkar dinding, pintu, kaca, atau panel berlapis timbal di ruang radiasi.
    6. Ditemukan wadah, kapsul, atau benda asing berlambang radiasi di gudang, besi tua, atau lokasi proyek; jangan disentuh.
    7. Ada permintaan menangani linen, sampah, atau tumpahan unit kedokteran nuklir di luar prosedur tertulis unit itu.
    8. Ada permintaan menyatakan ruang atau barang "aman radiasi" tanpa pelatihan dan wewenang.

    Salah tafsir yang sering terjadi

    Tebak dulu di mana kelirunya, lalu buka penjelasannya.

    Anggapan keliru

    Semua radiasi sama berbahayanya, dari lampu UV sampai sinar-X.

    Mengapa keliru?

    Radiasi pengion dan nonpengion berbeda kemampuannya melepaskan elektron, dan dampaknya bergantung pada jenis dan dosis; UV disinfeksi ada di Bab 4 · Biologi & Mikrobiologi.

    Anggapan keliru

    Detektor asap ionisasi memancarkan radiasi ke seluruh kamar.

    Mengapa keliru?

    Alfa dari sumbernya berhenti di dalam detektor; bahayanya muncul bila sumber dibuka atau hancur.

    Anggapan keliru

    Sumber radioaktif habis setelah satu waktu paruh.

    Mengapa keliru?

    Setelah satu waktu paruh masih tersisa separuh; Am-241 memerlukan sekitar 4.300 tahun untuk turun ke seperseribu.

    Anggapan keliru

    Ruang rontgen tetap memancarkan radiasi setelah pesawat dimatikan.

    Mengapa keliru?

    Sinar-X hanya dibuat saat tabung bertegangan; risikonya pesawat yang dapat dinyalakan dan perisai yang dirusak.

    Anggapan keliru

    Sarung tangan steril yang disinari gamma menjadi radioaktif.

    Mengapa keliru?

    Penyinaran gamma untuk sterilisasi tidak membuat barang radioaktif, seperti dibahas di Bab 22 · Biologi & Mikrobiologi.

    Anggapan keliru

    Kalau tidak terasa apa-apa, berarti tidak terpapar.

    Mengapa keliru?

    Di bawah 0,1 Sv tidak ada efek teramati menurut OpenStax, sehingga paparan hanya diketahui dari alat ukur dan dosimeter.

    Hubungan dengan bab lain

    Dasarnya ada di Bab 2 · Kimia tentang isotop, Bab 9 · Satuan & Matematika tentang peluruhan eksponensial, Bab 21 tentang spektrum, Bab 29 tentang foton, Bab 31 tentang efek terowongan, dan Bab 32 tentang sinar-X. Penerapannya ada di Bab 20 · Bangunan & Fasilitas tentang detektor asap, Bab 18 · Material tentang radiografi, Bab 22 · Biologi & Mikrobiologi tentang sterilisasi, Bab 4 · Biologi & Mikrobiologi dan Bab 10 · Biologi & Mikrobiologi tentang ultraviolet, dan Bab 2 · Keselamatan tentang izin kerja. Klaim produk berlabel kuantum dibahas di Bab 35.

    Latihan dan pembahasan

    Coba jawab dulu, lalu buka pembahasannya.

    1. Inti 83211Bi{}^{211}_{83}\text{Bi} dapat meluruh alfa atau beta minus. Tentukan inti anak masing-masing.

      Lihat pembahasan

      Peluruhan alfa menurunkan Z sebesar 2 dan A sebesar 4, sehingga hasilnya 81207Tl{}^{207}_{81}\text{Tl} (talium). Peluruhan beta minus menaikkan Z sebesar 1 dengan A tetap, sehingga hasilnya 84211Po{}^{211}_{84}\text{Po} (polonium), sesuai contoh OpenStax.

    2. Sampel berisi 2,40×10−22{,}40 \times 10^{-2} mol zat radioaktif berwaktu paruh 6,00 jam. Berapa mol yang tersisa setelah 12,0 jam dan 36,0 jam?

      Lihat pembahasan

      Waktu 12,0 jam sama dengan dua waktu paruh, sehingga tersisa 2,40×10−2/4=6,00×10−32{,}40 \times 10^{-2}/4 = 6{,}00 \times 10^{-3} mol. Waktu 36,0 jam sama dengan enam waktu paruh, sehingga tersisa 2,40×10−2/64=3,75×10−42{,}40 \times 10^{-2}/64 = 3{,}75 \times 10^{-4} mol.

    3. Arang dari bekas api unggun kuno berisi kurang dari seperseribu kadar C-14 normal. Taksir umur minimumnya dan nilai apakah penanggalan radiokarbon masih andal.

      Lihat pembahasan

      Karena 210=1.0242^{10} = 1.024, sisa kurang dari seperseribu berarti lebih dari sepuluh waktu paruh, yaitu lebih dari 57.300 tahun. Angka itu melewati batas sekitar 50.000 tahun menurut OpenStax, sehingga hasilnya hanya batas bawah yang tidak andal.

    4. Satu fisi U-235 rata-rata melepas 200 MeV. Berapa energi dari fisi 1,00 kg U-235 dalam joule dan kilowatt-jam?

      Lihat pembahasan

      Satu kilogram U-235 berisi 1.000/235,04×6,02×1023=2,56×10241.000/235{,}04 \times 6{,}02 \times 10^{23} = 2{,}56 \times 10^{24} inti, sehingga energinya 2,56×1024×200×1,60×10−13=8,2×10132{,}56 \times 10^{24} \times 200 \times 1{,}60 \times 10^{-13} = 8{,}2 \times 10^{13} J. Dibagi 3,6 juta J per kWh, hasilnya sekitar 23 juta kWh energi panas sebelum rugi konversi ke listrik.

    5. Kulit seseorang menerima 50 mSv dari pemancar alfa. Berapa dosis serapnya dalam gray?

      Lihat pembahasan

      Dosis serap sama dengan dosis dalam sievert dibagi RBE, dan RBE alfa diambil 20. Hasilnya 0,050/20=0,00250{,}050/20 = 0{,}0025 Gy, sesuai jawaban soal OpenStax.

    6. Satu detektor ionisasi jatuh saat pembongkaran dan ruang ionisasinya retak. Pekerja hendak menyapu pecahannya ke tong sampah. Apa yang salah, dan apa tindakan teknisi?

      Lihat pembahasan

      Am-241 pemancar alfa yang aman selama terbungkus, tetapi serpihan yang disapu kering dapat terhirup atau tertelan, dan tong sampah bukan jalur pembuangan barang bersumber radioaktif. Hentikan pekerjaan, jauhkan orang, tutup pecahan dengan kantong tanpa menyentuh foil, cuci tangan, lalu laporkan ke K3 atau petugas proteksi radiasi.

    Referensi

    Sumber luar

    • OpenStax: University Physics Volume 3openstax.org
    • OpenStax: Chemistry 2eopenstax.org
    • Peraturan Pemerintah (PP) Nomor 45 Tahun 2023 Keselamatan Radiasi Pengion dan Keamanan Zat Radioaktifperaturan.bpk.go.id
    • Dalam Peraturan Pemerintah ini yang dimaksud dengan:pasal.id
    • bn1550 2013peraturan.go.id
    • bn788 2016peraturan.go.id
    • PERSYARATAN KESELAMATAN RADIASIpasal.id
    • peraturan.bpk.go.idperaturan.bpk.go.id

    Bab terkait

    Uji diri · 3 soal

    Cek pemahaman sebelum berpindah bab

    Tulis jawaban dengan kata-kata Anda sendiri, lalu bandingkan dengan pembahasan dari latihan asli bab ini. Sistem tidak menebak benar-salah jawaban terbuka; Anda yang menilai bagian mana yang sudah dipahami.

    0/3dinilai

    Batas keselamatan tetap berlaku. Kuis ini menguji penalaran, bukan memberi izin melakukan pencampuran, penyetelan, pembongkaran, pengukuran berenergi, atau tindakan lapangan.

    1

    Inti 83211Bi{}^{211}_{83}\text{Bi} dapat meluruh alfa atau beta minus. Tentukan inti anak masing-masing.

    2

    Sampel berisi 2,40×10−22{,}40 \times 10^{-2} mol zat radioaktif berwaktu paruh 6,00 jam. Berapa mol yang tersisa setelah 12,0 jam dan 36,0 jam?

    3

    Arang dari bekas api unggun kuno berisi kurang dari seperseribu kadar C-14 normal. Taksir umur minimumnya dan nilai apakah penanggalan radiokarbon masih andal.

    Progres penilaian mandiri0%

    Bab terdekat