11 0 193 KB
10/2/2016
INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI (PROSES DASAR)
Ensiklopedi Teknologi Nuklir
Home
INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI (PROSES DASAR) Ringkasan Jika partikel bermuatan listrik menembus ke dalam materi, maka atom materi tersebut akan tereksitasi dan atau terionisasi. Karena pengaruh medan listrik inti atom maka arah partikel bermuatan akan berbelok dengan tibatiba dan kecepatannya berkurang, sehingga kemudian energinya habis. Arah gerak elektron, yaitu partikel bermuatan, berbelok dengan tajam pada saat bertumbukan dengan atom, sebaliknya energi partikel berat bermuatan listrik tidak begitu berkurang sewaktu bertumbukan dengan atom dan tidak mengalami perubahan arah, sehingga dapat melaju dengan lurus. Oleh karena itu untuk partikel berat bermuatan listrik, pengurangan laju radiasi karena menembus materi tak perlu diperhitungkan. Peristiwa bergabungnya positron dan elektron dan berubah menjadi 2 foton yang masingmasing berenergi 0,51 MeV disebut anihilasi elektron. Semakin pendek panjang gelombang foton, kekuatan menembusnya ke dalam materi semakin besar. Pada saat menembus materi, radiasi g dapat kehilangan energi karena adanya efek fotolistrik dan efek Compton. Pada saat berinteraksi dengan materi, foton yang energinya lebih besar daripada 1,02 MeV dapat membentuk satu pasang elektron yang terdiri dari positron dan negatron. Dalam reaksi inti yaitu penyerapan neutron oleh inti, inti atom dapat memancarkan bermacammacam partikel misalnya proton, deuteron, partikel a, neutron dan radiasi g.
Uraian 1. Interaksi radiasi b dan elektron dengan materi. 1.1. Pengurangan energi. Jika menembus materi, radiasi b berenergi tinggi akan kehilangan energinya menurut 2 tahap sebagai berikut:
a. atom tereksitasi atau terionisasi oleh energi radiasi b, b. sewaktu melaju di dekat inti atom materi, radiasi b dibelokkan arahnya oleh medan listrik inti atom dan kecepatannya berkurang, dengan hilangnya energi tersebut menyebabkan terjadinya atenuasi radiasi (Bremstrahlung). Setiap kali partikel b bertumbukan dengan atom, arah geraknya mengalami pembelokan yang besar dan pergerakannya zigzag seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1. Penyerapan radiasi b 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). 1.2. 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 (r) disebut daya perlambatan massa (Sm = S/r), artinya energi yang hilang pada materi bermassa 1 g dengan
luasan 1 cm2. Meskipun materinya berbeda, daya perlambatan massa terhadap radiasi b atau elektron hampir sama, karena Sm tidak berubah secara drastis. 1.3. Kurva serapan dan jangkauan radiasi b Pada Gambar 2 diperlihatkan kurva serapan radiasi b dari P32 oleh aluminium. Jarak yang dilalui partikel sampai energi geraknya habis disebut jangkauan maksimum radiasi b. http://www.batan.go.id/ensiklopedi/08/01/02/03/08010203.html
1/3
10/2/2016
INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI (PROSES DASAR)
1.4. Hamburan. Hamburan partikel b disebabkan oleh interaksinya dengan inti atom atau elektron orbital materi. Untuk memperkecil hamburan digunakan materi dengan nomor atom yang kecil. Pada pengukuran radioaktivitas radiasi b, dapat terjadi hamburan radiasi b 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 b, dan faktor lain. Jika materi cukup tebal, maka nilai koefisiennya konstan, hal ini disebut koefisien hamburan balik jenuh. Hubungan antara hamburan balik jenuh dengan nomor atom materi penghambur diperlihatkan pada Gambar 3. 1.5. Anihilasi pasangan elektronpositron. 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 masingmasing foton adalah 0,51 MeV. 2. Interaksi partikel berat bermuatan listrik dengan materi. Partikel bermuatan listrik selain elektron disebut partikel berat bermuatan listrik. Pada saat menembus materi, partikel berat bermuatan listrik mengionisasi dan atau mengeksitasi atom, sama seperti halnya elektron, dan karena massanya lebih besar daripada elektron, maka partikel tersebut tidak kehilangan banyak energinya sewaktu bertumbukan dengan elektron, dan juga cenderung tidak mengalami perubahan arah sehingga mampu menembus dengan arah lurus (Gambar 1). Pengurangan energi partikel berat bermuatan listrik pada saat interaksi, umumnya dapat diabaikan, sehingga perlambatannya tidak dipengaruhi oleh materi. Jika partikel a, yang merupakan partikel berat bermuatan listrik, menembus materi, maka jumlah pasangan ion per satuan jarak (ionisasi spesifik) bertambah bersamaan dengan berkurangnya kecepatannya. Di udara, ionisasi spesifik menunjukkan energi maksimal sebesar 370 keV, yaitu 3 milimeter dari akhir lintasan. Gambar 4 memperlihatkan kurva yang menunjukkan ionisasi spesifik sepanjang lintasan radiasi a, dan disebut "kurva Bragg". Peristiwa ini juga berlaku untuk partikel berat bermuatan listrik lain misalnya proton dan deuteron. 3. Interaksi foton dengan materi. 3.1. Koefisien atenuasi. Jika radiasi g atau radiasiX menembus materi, maka akan terjadi interaksi dengan materi dan mengalami pengurangan energi. Atenuasi karena interaksi adalah proses pengurangan energi foton atau perubahan arah foton. Rasio atenuasi foton dalam materi yang tebalnya 1 cm disebut koefisien atenuasi (m). Pada umumnya, semakin besar energi foton, semakin besar juga nilai mnya. Oleh karena itu, daya tembus foton dalam materi semakin besar bila panjang gelombangnya semakin pendek. Pada materi tertentu, koefisien atenuasi dapat berubah berdasarkan rapat jenis materi tersebut, disebut koefisien atenuasi massa (mm). Untuk materi tertentu, koefisien atenuasi massa yang hanya berhubungan dengan panjang gelombang foton, dan merupakan rasio atenuasi foton dengan luasan 1 cm2 dan massa 1 g. Pada Gambar 5 diperlihatkan atenuasi foton oleh timbal. 3.2. Efek fotolistrik. Peristiwa terlepasnya elektron orbital suatu atom karena interaksi dengan radiasi g dinamakan efek fotolistrik. Elektron yang dilepaskan pada peristiwa tersebut disebut fotoelektron, dan energi geraknya adalah selisih antara energi ionisasi elektron orbital dan energi radiasi g. Pada saat energi radiasi g 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 http://www.batan.go.id/ensiklopedi/08/01/02/03/08010203.html
2/3
10/2/2016
INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI (PROSES DASAR)
elektron dan inti atom maka semakin besar persentase terjadinya efek fotolistrik; untuk elektron pada kulit K akan terjadi efek fotolistrik sebesar kirakira 80%. 3.3. 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 (Gambar 6). Bila energi foton cukup besar, efek Compton dapat terjadi pada elektron orbital yang energi ikatnya dapat diabaikan. Selanjutnya, seperti diperlihatkan pada Gambar 6, 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. 3.4. Produksi pasangan. Pada waktu foton yang berenergi lebih dari 1,02 MeV menembus materi dan mendekati inti atom, karena pengaruh medan listrik yang kuat dari inti atom, foton berubah dan membentuk satu pasangan yaitu positron dan elektron yang masingmasing berenergi sebesar 0,51 MeV. Peristiwa ini disebut produksi pasangan. Energi sebesar 1,02 MeV ini disebut nilai batas ambang produksi pasangan. Jumlah koefisien atenuasi radiasi g pada produksi pasangan makin bertambah bersamaan dengan bertambahnya energi foton, di sisi lain juga sebanding dengan Z (Z+1) dari materi. Jumlah koefisien atenuasi efek fotolistrik, efek Compton dan produksi pasangan disebut koefisien atenuasi linear. Pada Gambar 5 diperlihatkan koefisien atenuasi foton oleh timbal. 4. Interaksi neutron dengan materi. Karena neutron tidak bermuatan listrik, seperti halnya foton, maka jarak lintasannya menembus materi lebih panjang daripada jarak tembus partikel bermuatan listrik. Dan meskipun tidak berenergi tinggi, neutron dapat masuk dengan mudah ke dalam inti atom. Oleh karena itu neutron mempunyai peran penting dalam interaksinya dengan inti atom. Dalam reaksi inti yang berupa penyerapan neutron, akan dipancarkan partikel misalnya proton, deuteron, partikel a, neutron, radiasi g dan kombinasi sejumlah partikel tersebut. Reaksi penyerapan neutron oleh inti dapat mengakibatkan reaksi pembelahan inti atom menjadi 2 atau lebih inti hasil belah. Pada umumnya, makin kecil energi neutron maka semakin besar probabilitas terjadinya reaksi inti. Dengan neutron yang berenergi kurang dari 500 keV, terjadi hamburan elastis dan tangkapan neutron, reaksi seperti ini memperlihatkan hamburan elastis dan tangkapan resonansi terhadap energi spesifik. Bila energi neutron kecil, probabilitas tangkapan berbanding terbalik dengan kecepatan neutron yaitu 1/v (hukum 1/v ). Dengan neutron yang mempunyai energi sekitar 500 keV hingga 10 MeV, selain hamburan elastis dan tangkapan elektron, dapat juga terjadi hamburan inelastis dan transformasi inti. Dengan energi sekitar 10 MeV hingga 50 MeV, mungkin terjadi pancaran lebih dari 2 partikel. Akibat hamburan elastis, sebagian energi neutron dapat dipindahkan menjadi energi inti atom. Semakin kecil massa inti atom, maka semakin besar energi neutron yang hilang akibat tumbukan. Berdasarkan hal ini, inti atom hidrogen dapat menurunkan energi neutron secara efisien karena massanya sama.
Gambar/Tabel Gambar 1. Interaksi partikel bermuatan listrik dengan materi. Gambar 2. Kurva serapan radiasi b dari P32 oleh aluminium. Gambar 3. Koefisien hamburan balik jenuh radiasi b dari P32. Gambar 4. Kurva Bragg radiasi a dari RaC di udara. Gambar 5. Kurva atenuasi foton oleh timbal. Gambar 6. Hamburan Compton.
Home
http://www.batan.go.id/ensiklopedi/08/01/02/03/08010203.html
3/3