Makalah Interaksi Radiasi - (4) Fix [PDF]

Citation preview

MAKALAH INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI Dosen pengampu : Sri Mulyati, S.Si, MT



Disusun Oleh : Kelompok 4



1. Hidayatul Mustafid



P1337430215001



2. Rizky Nur Dyah Setyaningrum



P1337430215014



3. Franzeska unar Pramudita



P1337430215016



4. Nidaa Azmii Susdiningtyas



P1337430215021



5. Utpadita Christ Kohan Raray



P1337430215039



6. Shinta Cahya Nugrahani



P1337430215050



7. Suratri Sela



P1337430215059



8. Regia Sevy Wintriadelsa



P1337430215069



9. Hasna Wahyu Hanifah



P1337430215071



10. Bintang Hafizhuddin Haibati



P1337430215075



JURUSAN TEKNIK RADIODIAGNOSTIK DAN RADIOTERAPI PRODI D-IV TEKNIK RADIOLOGI POLITEKNIK KESEHATAN KEMENTRIAN KESEHATAN SEMARANG 2017



i



KATA PENGANTAR



Puji dan syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas selesainya makalah yang berjudul “Interaksi Radiasi Dengan Materi". Atas dukungan moral dan materi yang diberikan dalam penyusunan laporan ini, maka penyusun mengucapkan terima kasih kepada: 1. Ibu Sri Mulyati, S.Si, MT selaku Dosen Mata Kuliah Fisika Radiodiagnostik. 2. Serta teman-teman yang telah membantu menyelesaikan makalah ini. 3. Orang tua penyusun yang selalu memberikan dukungan dan doa. Penyusun menyadari bahwa makalah ini belumlah sempurna. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun dari rekan-rekan sangat dibutuhkan untuk penyempurnaan makalah ini.



Semarang, 10 Maret 2017



Penyusun



ii



DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ...................................................................................



i



KATA PENGANTAR .................................................................................



ii



DAFTAR ISI ................................................................................................



iii



BAB I PENDAHULUAN ............................................................................



1



A. Latar belakang ..................................................................................



1



B. Rumusan masalah ...........................................................................



1



C. Tujuan penulisan ............................................................................



2



D. Manfaat penulisan ............................................................................



2



BAB II ISI ......................................................................................................



3



A. Interaksi Radiasi Dengan Materi ....................................................



3



1. Interaksi Radiasi Partikel Bermuatan ..............................................



3



2. Interaksi Radiasi Neutron ...............................................................



7



3. Interaksi Radiasi Gelombang Elektromagnetik ..............................



13



BAB III PENUTUP .......................................................................................



18



Kesimpulan ......................................................................................



18



Saran ................................................................................................



18



DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................



19



iii



BAB 1 PENDAHULUAN



A. Latar Belakang Sinar-x merupakan salah satu bentuk energi. Bila sinar-x masuk ke suatu bahan, sinar akan bergabung dengan atom-atom bahan tersebut atau melewati bahan tanpa bergabung dengan atom-atomnya. Bila bergabung maka energy akan diteruskan dari sinar-x ke atom bahan. Penerusan energy ini disebut absorpsi dan jumlah energy yang terabsorpsi disebut dosis absorpsi. Makin besar energy yang dipindahkan atau disrap oleh atom tubuh pasien, makin besar kemungkinan terjadinya kerusakan biologi pada pasien tersebut. Jadi, untuk keamanan pasien, jummlah energy yang diteruskan (dosis absorpsi) harus dibuat sekecil mungkin. Tetapi, tanpa fenomena absorpsi dan perbedaan sifat absorpsi dari berbagai struktur tubuh, radiograf diagnostic, yaitu radiograf dimana berbagai struktur yang berbeda dapat dilihat, radiographer/operator juga mendapat manfaat bila dosis radiasi pasien dibuat kecil, karena akan makin kecil radiasi pendar dari pasien. Mekanisme absorpsi radiasi dan pemendaran oleh atom dapat mmembantu untuk memperjelas beberapa konsep penting pada radiografi dan perlindungan radiasi. Interaksi sinar-x dan matter akan dibicarakan pada bab ini.



B. Rumusan Masalah 1. Apa saja jenis-jenis interaksi radiasi? 2. Bagaimana karakteristik akibat dari interaksi radiasi?



1



C. Tujuan penulisan Tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut 1. Untuk memenuhi tugas mata kuliah Fisika Radiodiagnostik 2. Untuk mengetahui jenis interaksi radiasi dengan materi 3. Untuk mengetahui karakteristik akibat dari interaksi radiasi



D. Manfaat Penulisan Manfaat dari penulisan makalah tersebut adalah sebagai berikut 1. Dapat mengetahui jenis interaksi radiasi dengan materi 2. Menambah pengetahuan penulis dan pembaca tentang Interaksi Radiasi dengan Materi



2



BAB II ISI



A. INTERAKSI RADIASI DENGAN MATERI Secara umum interaksi radiasi dapat dibedakan menjadi tiga jenis yaitu interaksi radiasi partikel bermuatan, yaitu radiasi



dan



; radiasi partikel tidak



bermuatan yaitu radiasi neutron; dan radiasi gelombang elektromagnetik (foton) yaitu radiasi



dan sinar-X.



Gambar 1. Interaksi radiasi dengan materi Sumber gambar : http://www.medrec07.com/2015/02/interaksi-radiasi-partikel-bermuatan.html



1. Interaksi Radiasi Partikel Bermuatan Terdapat tiga kemungkinan interaksi radiasi partikel bermuatan ketika mengenai materi yaitu proses ionisasi, proses eksitasi, dan proses bremstrahlung.



3



1.1 Proses Ionisasi Ketika radiasi partikel bermuatan melalui materi maka terdapat beberapa elektron yang akan terlepas dari. Proses terlepasnya elektron dari suatu atom dinamakan sebagai proses ionisasi. Setelah terjadi proses ionisasi maka atom tersebut akan bermuatan positif (ion positif). Energi radiasi yang datang akan berkurang setelah melakukan proses ionisasi. Elektron yang terlepas dari ikatannya tersebut (ion negatif) akan menjadi elektron bebas yang tidak mempunyai energi kinetik dan bebas bergerak secara random di medium.



Gambar 2. Proses ionisasi (medrec07,2015)



4



1.2 Proses Eksitasi Proses ini mirip dengan proses ionisasi, perbedaannya, dalam proses eksitasi ini elektron tidak sampai lepas dari atomnya hanya berpindah ke lintasan yang lebih luar. Setelah terjadi proses eksitasi maka atom tersebut akan berubah menjadi atom yang tereksitasi. Sebagaimana proses ionisasi, energi radiasi yang datang akan berkurang setelah mela-kukan proses eksitasi. Atom yang berada dalam keadaan tereksitasi ini akan segera kembali ke keadaan dasarnya (ground state) dengan melakukan transisi elektron. Salah satu elektron yang berada di lintasan luar akan berpindah mengisi kekosongan di lintasan yang lebih dalam sambil memancarkan sinar-X karakteristik.



Gambar 3. Proses eksitasi (astro, 2013) Sumber gambar : http://nuklir-zone.blogspot.co.id/2012/01/interaksi-radiasi-dengan-materi-ketika.h tml



5



1.3 Proses Brehmstrahlung Proses ini lebih dominan terjadi pada interaksi radiasi beta dan electron karena massa dan muatan partikel beta electron lebih kecil sehingga kurang diserap oleh materi dan daya tembusnya lebih tinggi dibandingkan dengan partikel . Dengan adanya gaya elektrostatik, radiasi



atau electron yang bergerak



mendekati inti akan dibelokkan. Perubahan arah gerak ini akan menyebabkan perubahan



momentum



yang



menyebabkan



pancaran



electr



gelombang



elektromagnetik (foton). Foton tersebut dinamai sinar-X brehmstrahlung (bedakan dengan sinar-X karakteristik yang dihasilkan oleh transisi electron).



Gambar 4. Proses brehmstrahlung (medrec07, 2013)



1.4 Reaksi Inti



6



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 Berilium akan menghasilkan unsur Lithium dan radiasi neutron. Berbeda dengan tiga peristiwa di atas, peristiwa reaksi inti ini tidak terjadi pada semua jenis materi. Bila energi neutron sudah sangat rendah atau sering disebut sebagai neutron termal, maka kemungkinan neutron tersebut “ditangkap” oleh inti atom bahan penyerap akan dominan sehingga membentuk inti atom baru, yang biasanya merupakan inti atom yang tidak stabil. Peristiwa ini yang disebut sebagai proses aktivasi neutron, yaitu mengubah bahan yang stabil menjadi bahan radioaktif. Peristiwa aktivasi neutron ini juga dapat disebabkan oleh neutron cepat meskipun dengan probabilitas kejadian yang lebih rendah.



2. Interaksi Radiasi Neutron



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. 7



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 (batan,….)



2.1 Hamburan Elastic Hamburan elastic atau Tumbukan elastik adalah tumbukan di mana total energi kinetik partikel-partikel sebelum dan sesudah tumbukan tidak berubah. Dalam tumbukan elastik, sebagian energi neutron diberikan ke inti atom yang ditumbuknya sehingga atom tersebut terpental sedangkan neutronnya dibelokkan/ dihamburkan. Tumbukan elastik terjadi bila atom yang ditumbuk neutron mempunyai massa yang sama, atau hampir sama dengan massa neutron (misalnya atom Hidrogen), sehingga fraksi energi neutron yang terserap oleh atom tersebut cukup besar.



8



Gambar 5. proses tumbukan elastik Suber gambar : http://nuklir-zone.blogspot.co.id/2012/01/interaksi-radiasi-dengan-materi-ketika.h tml



2.2 Hamburan Inelastis Proses hamburan inelastic atau tumbukan tak elastik sebenarnya sama saja dengan tumbukan elastik, tetapi energi kinetik sebelum dan sesudah tumbukan berbeda. Ini terjadi bila massa atom yang ditumbuk neutron jauh lebih besar dari massa neutron. Setelah tumbukan, atom tersebut tidak terpental, hanya bergetar, sedang neutronnya terhamburkan. Dalam peristiwa ini, energi neutron yang diberikan ke atom yang ditumbuknya tidak terlalu besar sehingga setelah tumbukan, energi neutron tidak banyak berkurang. Oleh karena itu, bahan yang mengandung atom-atom dengan nomor atom besar tidak efektif sebagai penahan radiasi neutron.



9



Gambar 6, proses tumbukan tak elastik Sumber gambar : http://nuklir-zone.blogspot.co.id/2012/01/interaksi-radiasi-dengan-materi-ketika.h tml



2.3 Penyerapan/penangkapan neutron Pada penyerapan neutron oleh suatu inti atom tidak ada neutron yang dihasilkan pada akhir proses, sebagai gantinya akan dihasilkan partikel bermuatan atau gamma. Jika inti atom yang dihasilkan adalah radioaktif, maka radiasi tambahan akan dihasilkan beberapa saat kemudian.



2.4 Transmutasi Bila energi neutron sudah sangat rendah (atau biasa disebut sebagai neutron termal, En < 0,025 eV), maka ada kemungkinan neutron tersebut akan ’ditangkap’ oleh inti atom bahan penyerap sehingga akan terbentuk inti atom baru karena penambahan neutron. Inti atom yang terbentuk ini umumnya tidak stabil (radioaktif) yang memancarkan radiasi (alpha, beta atau gamma). Peristiwa ini disebut sebagai aktivasi neutron, yaitu suatu proses yang dilakukan untuk



10



mengubah bahan/materi yang tadinya bersifat stabil menajdi bahan/materi yang radioaktif.



(Gambar 6. proses transmutasi) Sumber gambar : http://nuklir-zone.blogspot.co.id/2012/01/interaksi-radiasi-dengan-materi-ketika.h tml



Isotop B10 dari unsur Boron merupakan inti atom yang stabil. Ketika sebuah neutron termal mengenai isotop ini, maka akan terjadi proses aktivasi yang akan mengubah B10 menjadi radioisotop (B11)*



yang tidak stabil. Inti ini kemudian



dengan cepat berubah menjadi Li7 yang stabil sambil memancarkan radiasi alpha. Selain oleh neutron, proses reaksi inti seperti ini juga dapat disebabkan oleh partikel bermuatan seperti proton, tetapi dengan energi yang sangat tinggi. Proses aktivasi ini biasanya dimanfaatkan untuk memproduksi radioisotop.



2.5 Penangkapan radiasi Interaksi ini merupakan reaksi nuklir yang paling umum terjadi. Pada interaksi ini, sebuah neutron akan diserap oleh inti atom target yang kemudian membentuk



11



inti atom majemuk dalam keadaan eksitasi. Inti majemuk ini kemudian akan memancarkan radiasi gamma dan kembali ke keadaan dasarnya (ground state). Pada reaksi ini inti atom yang dihasilkan merupakan isotop dari inti atom target, dan ada kenaikan nomor massa sebesar satu.



(Gambar 8. proses penangkapan radiasi) Sumber gambar ; http://nuklir-zone.blogspot.co.id/2012/01/interaksi-radiasi-dengan-materi-ketika.h tm



12



2.6 Fisi



Gambar 9. Reaksi fisi Sumber Gambar : http://nuklir-zone.blogspot.co.id/2012/01/interaksi-radiasi-dengan-materi-ketika.h tml



Salah satu interaksi neutron yang paling penting adalah reaksi fisi yang berlangsung di dalam reaktor. Pada reaksi ini, inti atom yang menyerap neutron akan menjadi sangat tidak stabil sehingga membelah menjadi dua inti baru sambil melepaskan sejumlah besar energi. Contoh reaksi ini adalah reaksi pembelahan inti atom uranium-235 yang berlangsung di dalam PLTN.



13



Gambar 10. Pembelahan inti atom uranium Sumber gambar : http://nuklir-zone.blogspot.co.id/2012/01/interaksi-radiasi-dengan-materi-ketika.h tml



3. Interaksi Radiasi Gelombang Elektromagnetik Gelombang elektromagnetik sebenarnya sangat banyak, yang dibedakan atas panjang gelombang atau tingkat energinya. Interaksi yang dibahas disini hanyalah interaksi sinar-X dan sinar gamma saja, yaitu radiasi foton yang dapat mengionisasi materi meskipun secara tidak langsung. Terdapat tiga kemungkinan proses interaksi



dan sinar-X dengan



materi yaitu efek fotolistrik, efek Compton dan produksi pasangan.



a. 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.



14



(Gambar 11. Reaksi gamma) Sumber gambar : http://www.medrec07.com/2015/02/interaksi-radiasi-partikel-bermuatan.html



b. 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 12. reaksi sinar-x)



15



Sumber gambar : http://www.medrec07.com/2015/02/interaksi-radiasi-partikel-bermuatan.html



Perbedaan kedua jenis sinar energinya. Sinar-X karakteristik bersifat “discreet” pada energi tertentu sesuai dengan jenis unsurnya, sedangkan brehmsstrahlung bersifat kontinyu



3.1 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 elektron dan inti atom maka semakin besar persentase terjadinya efek fotolistrik; untuk elektron pada kulit K akan terjadi efek fotolistrik sebesar kira-kira 80%. (batan) Efek fotolistrik sangat dominan terjadi bila foton mempunyai energi rendah, kurang dari 0,5 MeV dan lebih banyak terjadi pada material dengan nomor massa besar. Sebagai contoh efek fotolistrik lebih banyak terjadi pada timah hitam (Z = 82) daripada tembaga (Z = 29).



16



(Gambar 13. efek fotolistrik) Sumber gambar : http://nuklir-zone.blogspot.co.id/2012/01/interaksi-radiasi-dengan-materi-ketika.h tml



3.2 Hamburan 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, seperti diperlihatkan pada gambar , 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



17



hamburan foton. Koefisien atenuasi pada efek Compton sebanding dengan nomor atom materi. ( batan)



(Gambar 14. efek Compton)



3.3 Produksi Pasangan Proses produksi pasangan hanya terjadi bila energi foton lebih besar dari 1,02 MeV dan foton tersebut berhasil mendekati inti atom. Radiasi foton ketika berada di daerah medan inti akan lenyap dan berubah menjadi sepasang elektron – positron. Positron adalah partikel yang identik dengan elektron tetapi bermuatan positif. Energi kinetik total dari dua partikel tersebut sama dengan energi foton yang datang dikurangi 1,02 MeV.



18



(Gambar 15. produksi pasangan) Sumber gambar : http://nuklir-zone.blogspot.co.id/2012/01/interaksi-radiasi-dengan-materi-ketika.h tml



3.4 Ionisasi Tidak Langsung Dari tiga interaksi gelombang elektromagnetik tersebut di atas terlihat bahwa semua interaksi menghasilkan partikel bermuatan (elektron atau positron) yang berenergi. Elektron atau positron yang berenergi tersebut dalam pergerakannya akan mengionisasi atom-atom bahan yang dilaluinya sehingga dengan kata lain, gelombang elektromagnetik juga dapat mengionisasi bahan tetapi secara tidak langsung.



19



BAB III PENUTUP



1. Kesimpulan Jenis interaksi radiasi terdapat tiga jenis yaitu interaksi radiasi partikel bermuatan, yaitu radiasi



dan



; radiasi partikel tidak bermuatan yaitu radiasi



neutron; dan radiasi gelombang elektromagnetik (foton) yaitu radiasi



dan



sinar-X. Mekanisme interaksi radiasi bermacam-macam antara lain : efek compton; efek fotolistrik; produksi berpasangan; desintegrasi foton. Dalam diagnostic dengan pemanfaatan sinar-x interaksi radiasi yang terjadi ialah efek Compton dan efek fotolistrik.



2. Saran Diharapkan dengan adanya makalah ini mahasiwa dapat memahami jenis interaksi radiasi, sehingga memahami dampak dari efek interaksi radiasi yang terjadi.



20



DAFTAR PUSTAKA



Bushong C Stewart, Radiologic Science for Technologists Physics, Biology, and Protection, 2012, Mosby. Edwards Cris, Radiation Protection for Dental Radiographers, 1990, Widya Medika. Alatas, Zubaidah dkk, Buku Pintar Nuklir, Penerbit Batan. http://www.medrec07.com/2015/02/interaksi-radiasi-partikel-bermuatan.html Diunduh pada hari Sabtu, 11 Maret 2017 pukul 09.00 WIB http://nuklir-zone.blogspot.co.id/2012/01/interaksi-radiasi-dengan-materi-ketika.h tml Diunduh pada hari Sabtu, 11 Maret 2017 pukul 09.30 WIB http://www.batan.go.id/ensiklopedi/08/01/02/03/08-01-02-03.html Diunduh pada hari sabtu 11 Maret 2017 pukul 11:13 WIB



21